JPH10508154A - シリコンセグメントのための垂直相互接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 積層化されたシリコンセグメント（３６）を垂直に相互接続する方法と装置が開示される。各々のセグメント（３６）は半導体ウェハー上に複数の隣接したダイを含む。セグメント上の複数のダイは、外部電気的接続点のための縁接続パッド（４２）を提供するためにセグメントの全ての４つの側に伸びる金属の１層以上の相互接続を用いて相互接続される。各々のセグメントはウェハーの裏面から斜面切断により切断され、各々のセグメント（３６）上に４つの内方に傾く縁壁（１０２）が提供される。セグメントがウェハーから切断された後、セグメントは互いの上部に配され、積層（１１２）を形成する。積層（１１２）内の垂直上の隣接するセグメント（３６）は、積層の全ての４つの側に電気的に伝導性のエポキシ跡（１３０）を用いることによって電気的に相互接続される。積層（１１２）内のセグメント（３６）の各々の内方に傾く縁壁（１０２）は、セグメントが積層されると、電気的に伝導性のエポキシが縁接続パッドと各々のセグメントの回路に接近する凹所を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 シリコンセグメントのための垂直相互接続方法 発明の背景 本発明は、シリコンのセグメントを積層し相互接続するための方法と装置に関 し、特に、複数のダイと斜角を付けた縁壁を含むセグメントを積層し、電気的に 伝導性のエポキシを使用することにより積層の縁でセグメントを相互接続する方 法と装置に関する。 長年の間、トランジスタやＩＣのような電子部品はシリコンやゲルマニウムを 含む半導体材料のウェハーを用いて製造されてきた。ＩＣはウェハーにエッチン グ、ドーピング、層化のような様々な既知の手法を用いて用意される。ウェハー に用意された個々のＩＣは、ダイとして言及され、外部の電気的接続のための接 続パッドと呼ばれる接触点を含んでいる。 典型的に、ウェハー上のダイはダイを画定する境界に沿ってウェハーを切断する ことによりお互いに切り離される。一度ダイがウェハーから切断されると、それ らはチップとして言及され、使用のためパッケージ化される。近年において、よ り高電力の電子システムの激増化により、高密度ＩＣパッケージの必要性が高ま っている。 高密度パッケージを造る１つの方法は、ＷＳＩ（Wafer scale integration） 手法を用いて１枚のウェハー上に完全なコンピューターシステムを造ることであ る。ＷＳＩ技術はダイを相互接続するためにワイヤーを用いてウェハー上の全て のダイをワイヤーで横からつなぐものである。しかしながら、ダイ間の必要な相 互接続のためには極めて細くて製造が困難なワイヤーが多く必要とされる。 高密度パッケージを造る第２の方法は、チップを垂直に物理的に積層すること によって回路板上のチップを搭載するのに必要な領域を減少させることである。 １チップ積層方法は、個々のダイをセラミック媒体に載せダイと媒体の両方を封 じ込め媒体を積層化しプリント回路板上に積層を搭載するものである。この手法 においては、ダイのリードを金属ピンによりプリント回路板と接続することによ って積層の全てのダイが相互接続される。この方法では回路板上に並外れた高ピ ン総数を要し、高ピン数では多くのピンの中の一つが板から接続されなくなる可 能 性が増大するので電気回路機構の信頼性を低下させる。 他のチップ積層方法は、１９９２年４月１４日に登録されたＵＳ特許Ｎｏ.５ １０４８２０に開示されているようにダイを積層するより複雑な工程を用いるも のである。図１に示すように、この方法は、別形成リード１２と呼ばれる金属化 パターンをウェハーの表面に加えることによって積層されるように個々のチップ １０を修正したものである。別形成リード１２はチップ上の接続パッド１４から 新たに形成された接続パッド１１へ伸びており、全ての別形成リード１２が修正 されたチップ１０の一側で終わるように配置されている。各々の修正チップ１０ はそれから点線で示されているようにウェハーから切断され、図示していない積 層に組み立てられる。積層は、修正チップ１０の全てのリード１２が積層の同じ 面に沿って１列に整列するような方法で組み立てられる。リード１２を有する積 層の面はそれから各々の修正チップ１２の上のリード１２の断面が得易いように エッチングされ研磨される。リード１２が露出された後、積層内の各々の修正チ ップ１０を電気的に接続するため金属化層が積層の面に沿ってリード１２に適用 される。積層はそれから、従来の電気回路機構と接続される基板に搭載され接続 される。 別形成リードの方法は回路密度の点で従来技術に改良を与えるが、複雑でコス ト高である。加えて、図１に示すように別形成リード１２は５つの隣接したダイ １５から１９上に伸びており、修正チップ１０がウェハーから切断されたとき破 壊される。この方法では５つのダイは修正された各々のチップ１０のために犠牲 にされる。 高密度回路を製造する他の方法は、ウェハー整列を形成するため、個々のチッ プよりもむしろ、完全なウェハーから積層を製造するものである。ある装置にお いては、積層内のウェハーは銅のような金属伝導体のフィードスルー（ｆｅｅｄ −ｔｈｒｏｕｇｈｓ）の固体の垂直列を用いることにより電気的に相互接続され る。ウェハーを相互接続するための固体のフィードスルーの使用は、熱サイクル の間、異なる熱膨張係数により整列にダメージを与える。さらにこの方法はコス ト高で、修理のためのウェハーの切り離しが困難である。 ウェハーの積層を相互接続する他の方法は、例えば１９９０年６月３０日に登 録されたＵＳ特許Ｎｏ．４８９７７０８、１９９０年９月４日に登録されたＵＳ 特許Ｎｏ．４９５４８７５において開示されている。これらの方法は、積層内の 各々のウェハーに、ウェハーの接続パッドを露出させる円錐状のスルーホールを 提供するものである。積層内のウェハーの接続パッドは、ウェハーの間で連続的 な垂直状の電気的接続を提供するため、スルーホールを電気的に伝導性の液体で 満たすかスルーホール内に電気的に伝導性の従順な材料を挿入することによって 電気的に接続される。ウェハーを相互接続するために金属の固体の垂直列を使用 する欠点を避けるため、電気的に伝導性の液体や伝導性材料がスルーホールを満 たす特別の材料として要求される。さらに、いくつか応用するためには、電気装 置の寸法上の圧迫面から全体のウェハーの積層を使用することは望ましくない。 発明の要約 従って本発明の目的は、シリコンのセグメントを積層し相互接続するための改 良した方法と装置を提供することである。 本発明は、シリコンセグメントの積層を垂直状に相互接続するための方法と装 置を提供することである。各々のセグメントは半導体ウェハー上に複数の隣接し たダイを含んでいる。セグメントの全ての４つの側に伸びる１以上の金属相互接 続層を使用することによってセグメント上の複数のダイはセグメント上で相互接 続され、外部電気的接続点としての縁接続パッドを提供する。ダイが相互接続さ れた後に、各々のセグメントに４つの内部へ傾斜した縁壁を提供するため、各々 のセグメントはウェハーの裏面から斜角切断を用いることにより切断される。 セグメントがウェハーから切断された後、個々のチップの積層と全体のウェハ ーの積層の双方から区別されるように、セグメントは積層を形成するためお互い の上に配置される。積層の全ての４つの側に電気的に伝導性のエポキシを適用す ることにより、積層内の垂直上の隣接したセグメントは電気的に相互接続される 。積層内の各々のセグメントの内部へ傾いた縁壁は、セグメントが積層された時 に電気的に伝導性のエポキシが各々のセグメントの縁接続パッドと側面の回路に 接近できる凹所を提供する。電気的に相互接続されたセグメントの積層は、それ から回路板の表面下に配され、積層の頂上セグメントの接続パッドと回路板との 間に電気的に伝導性のエポキシを適用することによって板上の回路と電気的に接 続 される。 本発明の他の目的、特徴、利点は図面と共に以下の詳細な説明から明らかにな るだろう。 図面の簡単な説明 図面は、この明細書と一体となり、一部となって、発明の実施例を示し、以下 に示す詳細な説明とともに、発明の原理を示すのに役立つ。 図１は、チップの一方の側に沿って別形成リードを設けるための従来技術によ る方法を示す図である。 図２は、多数のダイを含む従来のシリコンウェハーを示す図である。 図３は、本発明による、２ｘ２のダイの配列をふくむセグメント２つを示す図 である。 図４は、ウェハーを横切って設計された多数のセグメントを示す図である。 図５Ａ−Ｈは、ウェハーの一部の断面図であって、セグメントのダイを接続す るために、ウェハーに適用される多数の材料の層を示すものである。 図６Ａと６Ｂは、ポリイミド層の縁壁の輪郭を示す図である。 図７ＡとＢは、ウェハー上で金属の接続を形成するための金属剥がし方法を示 す図である。 図８Ａは、セグメントがウェハーから切断された後、４つの壁面に斜角を設け たセグメントの裏面を示す図である。 図８Ｂは、ウェハーから切断された後の３つのセグメントの前面と斜角を設け た壁面を示す図である。 図９は、セグメントが積層され、エポキシで結合させられるセグメントの積層 ・結合方法を示す図である。 図１０Ａと図Ｂは、本発明による、積層されたセグメント間の垂直電気パスを 形成する方法を示す図である。 図１１は、積層の端に沿ってエポキシの跡が施される機構を示す図である。 図１２は、表面下に配された多数の積層を有する本発明による信号伝達用基板 の断面図である。 図１３は、回路板の表面下に配された積層を電気的に接続する方法を示す図で ある。 発明の詳細な説明 発明の好適な実施例、図面に示された例において詳細な言及がなされるだろう 。本発明は好適な実施例とともに述べられるが、本発明をこれらの実施例に限定 することを意図するものではない事が分かるだろう。これに反して、本発明は、 クレームによって限定されている発明の精神と範囲内において含まれるであろう 代替物、変更物、均等物を含むように意図されている。 図２を参照して、本発明の垂直接続方法が、製造業者より供給される標準的な ウェハー３０から述べられるだろう。ウェハー３０上の正方形の目は、ウェハー ３０上の個々のダイ３２の位置を示している。ウェハー３０は、通常、インク点 ３４で印された機能を果たさない欠陥のダイを伴って製造業者から届けられる。 本発明の好適な実施例では、ウェハー３０はシリコンから作られる。しかしなが ら、ウェハー３０はまた、ガリウム・ヒ素のような代替材料を用いることによっ ても作られる。ダイ３２は、例えばメモリー・チップのような個々のチップを提 供するために、典型的に、ウェハー３０から切断される。しかしながら、本発明 によれば、ダイ３２はウェハー３０から個々には切断されない。代わりに、ウェ ハー３０の多数の隣接したダイ３２が集合して、図３に示すセグメント３２とし て言及されるものを形成する。 図３は、ウェハー３０における２つのセグメント３６Ａと３６Ｂ（以下ではセ グメント３６）の平面図を示している。ここで、各々の長四角形は、１つのダイ ３２を表している。各々のセグメント３６は、垂直境界線３８と水平境界線４０ とによって定められる。そして、各々のセグメント３６は、ウェハー３０におけ る一群の隣接したダイ３２を含んでおり、その結果、セグメント３６は特別の寸 法と形状を有している。好適な実施例においては、セグメント３６は、図示され ているような２ｘ２マトリックスに配列された４つの隣接したダイ３２を含んで いる。そのようなセグメント３６は、２ｘ２セグメントと呼ばれる。しかしなが ら、セグメント３６は、また、例えばダイ３２の２ｘ１セグメント、２ｘ４セグ メント、４ｘ４セグメントのような隣接ダイ３２の幾つかのパターンまたは配列 を含んでいる。各セグメント３６には、その全ての４つの側面に、外部との接続 のための電気的な接点として用いられる端部接続パッド４２が備えられている。 個々のセグメント３６は、ストリートとして典型的に言及されている垂直境界線 ３８と水平境界線４０に沿ってウェハー３０を切断することによってウェハー３ ０から分離される。ウェハー３０からセグメント３６を切断する方法ハ、さらに 以下に述べられる。 本発明の１つの特徴は、セグメント３６の個々のダイ３２はダイ相互接続機構 による多数の層を用いて相互に接続されていることである。ダイ相互接続機構は 、セグメント３２の表面上のＸ方向とＹ方向との双方に方向付けられた多数の金 属跡を含んでいる。その金属跡は、Ｘ相互接続４６とＹ相互接続４８として言及 され、セグメント３６の縁接続パッド４２から個々のダイ３２の選択された内部 接続パッド４４へパワーと信号を伝達する機能を果たす。 図４は、ウェハー３０を横切って配列された多数のセグメント３６を示す図で ある。ウェハー３０の周囲では、個々のダイ３２（図２、３を参照）の接続パッ ドは、１ｘ１セグメント５０を製造するように適切に定められる。 再び図３を参照すると、個々のダイ３２の相互接続のためにウェハー３０の表 面上に金属のＸ相互接続４６とＹ相互接続４８を適用する際には、欠陥ダイを示 すインク点３４（図２）は、金属の相互接続４６、４８のじゃまをしないように 、最初に取り除かれなければならない。インク点３４は、通常のポジ型レジスト ・ストリッパーを用いることによりウェハー３０から取り除かれる。ポジ型レジ スト・ストリッパは、産業上一般的に使用されている材料で、特定の表面から好 ましくない物質を表面に損傷を与えることなく溶解し取り除く。インク点３４が 取り除かれた後、ウェハー相互接続工程間で金属相互接続４６、４８がウェハー ３０に設けられる。 図５Ａ−５Ｈを参照することにより、本発明によるウェハー３０の一部の断面 図が示される。上述したように、ウェハー３０の表面は、個々のダイ３２（図２ 、３参照）に属する多数の内部接続パット４４とセグメント３６に属する多数の 外部接続パッド４２を含んでいる。ウェハー３０の表面に設けられる金属接続か らダイ３２を絶縁するために、図５Ｂに示すように、ポリイミド層６０が最初に ウェハー３０に形成される。ウェハーの製造業者はウェハー３０の表面に、回路 を絶 縁すべき保護層を設けるけれども、ポリイミド層６０は、確実に保護材料内のホ ールを消滅させる。ポリイミド層６０は、またウェハー３０のダイ３２間の道３ ８と４０（図３参照）を埋める。好適な実施例において、ポリイミド層６０は、 標準的なスピン・コート方法によって設けられる。この方法においては、ポリイ ミドはウェハー３０の中央に配され、ウェハー３０はスピン・モーター上を水平 に回転し、ウェハー３０上に厚さ約２ミクロンの薄いポリイミド層が提供される 。 今、図５Ｃを参照すると、ウェハー３０の表面がポリイミド層６０又は他の絶 縁材料で覆われた後、接続パッド４４と４２上でポリイミド層６０は、ウェハー ３０の表面から除かれる。好適な実施例では、ポリイミド層６０は、標準的なフ ォトリソグラフィの手法により接続パッド４４と４２上で取り除かれる。そのフ ォトリソグラフィの手法では、光感光材料（ポジのフォトレジストと呼ばれる） がポリイミド層６０の表面に設けられ、加熱される。次に、ウェハー３０の接続 パッド４４と４２の位置を規定する開口を有するマスクが、一般的な調整装置を 用いてフォトレジスト上に載せられる。マスクには紫外線が照射され、接続パッ ド４４と４２上のフォトレジストのマスクで覆われていない部分が光にさらされ る。光にさらされたフォトレジストは接続パッド４４と４２の表面から取り去ら れ、希釈した現像液中で現像される。接続パッド４４と４２が光にさらされた後 、残留しているポジのフォトレジストはアセトンや他のポジ型フォトレジスト除 去材料によってウェハー３０から取り除かれる。アセトンはフォトレジストを洗 い取るがポリイミド層６０に影響を与えない材料である。 フォトレジストが取り除かれた後、ウェハー３０は加熱され、ポリイミド層６ ０を硬化させる。典型的には、ポリイミドは４００度で１時間半加熱される。本 発明の好適な実施例においては、ウェハー３０の電気回路機構に害を与える可能 性を減少させるために３５０度の温度で６時間加熱される。 図６Ａと６Ｂを参照すると、好適な実施例において、ポリイミド層６０が取り 除かれる領域においてポリイミドは、図６Ａに示されるように、丸くなった縁壁 ７０を作り出す絶縁層６０として使用される。ポリイミド層６０の丸くなった縁 壁７０は、ポリイミド層６０に設けられるであろう金属層４８の堆積を容易にす るのが望ましい。対照的に、光像化可能なポリイミド６１は、図６Ｂに示すよう に、鋭利な角７２を有する縁壁を提供し、結果的に、金属層４９が不連続なもの となる。 図５Ｄを参照すると、接続パッド４４と４２上でポリマー層６０が開口された 後、垂直相互接続方法の次の段階が金属剥がし方法として言及される。この方法 においては、最初の金属層４８は、セグメント３６にある各々のダイ３２を電気 的に相互接続するため、ウェハー３０に設けられる。ウェハー３０上に堆積され た最初の金属層４８は、接続パッド４４と４２と接触し、図３の金属Ｙ相互接続 ４８に対応する。ウェハー３０を横切った金属Ｙ相互接続の通路は、標準的なフ ォトリソグラフィの方法を用いることにより定められる。 図７Ａと７Ｂを参照すると、金属剥がし方法の最初の段階は、ポリイミド層６ ０上に剥がしフォトレジスト７４の層を設けることである。好適な実施例におい ては、商業的に得られる像反転フォトレジストが公知の方法でウェハー３０に設 けられる。フォトレジスト７４は、それから選択領域で取り除かれ、金属Ｙ相互 接続４８の通路を定める。図７Ａにおいて示されるように、後退している縁壁７ ６として表される突出し縁が金属Ｙ相互接続４８の通路に沿って創り出されるよ うに、像反転フォトレジスト７４は取り除かれる。 金属Ｙ相互接続４８の通路を定めるためにフォトレジスト７４の選択された領 域が取り除かれた後、ウェハー３０は標準的なスパッタリング装置（図示されて いない）の中に配され、ウェハー３０の全体にわたって金属層４８が付着される 。好適な実施例においては、金属層４８はクロム、チタン・タングステン、金の サンドイッチ構造を有している。クロムとチタン・タングステンは、主として付 着目的で金と結合されるが、他の金属サンドイッチも同様に用いられる。好適な 実施例においては、約２０００オングストロームのクロム、５００オングストロ ームのチタン・タングステン、１２００オングストロームの金がウェハー３０上 に付着される。 一度、金属堆積物が形成されると、残留しているフォトレジスト７４はウェハ ー３０の表面から取り除かれる。フォトレジストは、典型的には、アセトン又は フォトレジスト７４が溶解する他のポジ・フォトレジスト・ストリッパー中にウ ェ ハー３０を浸すことによって取り除かれる。図７Ｂを参照すると、フォトレジス ト層７４が溶解するにつれて、金属層４８は、金属相互接続４８（図３参照）を 残して最初のポリイミド層６０の表面から持ち上げられる。後退している縁壁７ ６の目的は、金属Ｙ相互接続４８の縁の周りにアセトンを充満させ、フォトレジ スト７４を効果的に溶解させることである。 アセトンによりフォトレジスト７４を溶解した後、ウェハー３０は加熱され、 ポリイミド層６０内に残留したアセトンが蒸発する。この工程の後、金の一層が ポリイミド層６０の表面に残され、図５Ｄに示すように、接続パッド４４と４２ と接触するＹ相互接続４８を画定している。 金属Ｙ相互接続４８がウェハー３０の表面に設けられた後、本質的に上述した 方法を繰り返すことによって第２の金属層４６がウェハー上に形成される。第２ の金属層４６は図３で示されるＸ相互接続４６に対応している。 図５Ｅを参照すると、第２のポリイミドの堆積がなされ、ウェハー３０に第２ のポリイミド層８０が設けられる。第２のポリイミド層８０は、第１のポリイミ ド層６０と同様な方法で設けられるが、厚く設ける必要はない。第２のポリイミ ド層８０が設けられた後、図５Ｆで示されるように、金属Ｘ相互接続４６と電気 的に接続する予定の金属Ｙ相互接続４８上の点で第２層８０内に穴が開けられる 。一旦セグメント３６が積層されると金属相互接続４６の第２層が縁接続パッド ４２と電気的に接続できるように、第２のポリイミド層８０は、各々のセグメン ト３６の縁接続パッド４２からも同様に取り除かれる。 代わりの実施例においては、第１の金属層４８は、第２の金属層４６に代わっ て縁接続パッド４２と接続するために用いられる。第２のポリイミド層８０がウ ェハー３０の選択された地点から除かれた後、金相互接続４８とアルミニウム接 続パッド４２、４４との間の相互作用（好ましくない絶縁物質が生じる）を避け るために、第２のポリイミド層８０は低温で矯正される。 第２のポリイミドが堆積した後、図５Ｇに示す相互接続４６の第２層を形成す るために、第２の金属剥がし方法が施される。再び、像反転フォトレジストがウ ェハー３０に設けられ、ウェハー３０上の金相互接続４８の第２の層の通路を画 定する場所において、フォトレジストが取り除かれる。上述したように、この方 法 によれば通路を画定するフォトレジストの層に後退している縁壁を作り出す。好 適な実施例においては、それから、クロム、チタニウム・タングステン、金のサ ンドイッチ構造を含む金属の層がフォトレジスト上にスパッタにより堆積される 。クロムは第２層４８においては不必要であるが、製造方法の標準化のために用 いられる。第２の金堆積がなされた後、図３のＸ相互接続４６を残しながら不要 のフォトレジストと金属を取り去るため、剥がし工程が施される。 第２の金属層４６が堆積した後、金属Ｘ相互接続４６をひっかきから保護し外 界に対する機械的バリアとして扱うため、図５Ｈに示されているように第３のポ リイミド層９０がウェハー３０に設けられる。第３のポリイミド層９０は、後に 他のセグメントの縁接続パッドと電気的に接続するであろう縁接続パッド４２を 露出させるため、各々のセグメント３６の縁の周りで取り除かれる。従来の光像 化可能なポリイミド９０とそうでないもののどちらも、金属Ｘ相互接続４６を保 護するために受け入れられる。 図５Ｈに示すように、第１のポリイミド層６０はウェハー３０上の回路を保護 し、第１の金属相互接続４８は接続パッド４４、４２と接続する。第２のポリイ ミド層８０は、第２の層である金属相互接続４８を第１の層である金属相互接続 ４６から、２層が接続する場所を除き、絶縁している。最終的に、第３のポリイ ミド層９０は第２層である金属相互接続４８を保護し絶縁する。 本発明のウェハー相互接続方法によって設けられた金属相互接続４６と４８の ２層は、各々のセグメント３６のダイ３２を相互接続するためにウェハー３０を 横切って線を定める際の適応性を付与するものである。セグメント３６のダイ３ ２の相互接続とその後のセグメント３６の積層化は、ウェハー３０から個々にチ ップを切断しチップを積層し回路板上にチップを相互接続する従来技術の方法と 比較してコストが安く、信頼性が高いものである。 ウェハー３０の相互接続工程後、セグメント形成工程がウェハー３０上で施さ れる。再び図３を参照すると、ウェハー３０は、セグメント３６間の水平及び垂 直路３８と４０に沿ってウェハー３０を切断することによって個々のセグメント ３６に分割される。セグメント３６がウェハー３０から切断された後、セグメン トは積層構造に配されるだろう。構造の全寸法を減少させるために、セグメント ３６の裏面から材料を削り取ることによりセグメント３６は最初に薄くされる。 薄化工程を補助するため、セグメント３６がウェハー３０から切断される前に、 ウェハー３０全体が薄くされる。薄化工程はウェハー３０とセグメント３６の高 さを２５ミルから約８から１０ミルに減少させる。 従来は、電気回路機構が容易に見え切断工程で損傷を与えないように、回路が 配置される前面からウェハー１０は切断される。しかしながら本発明においては 、路３８と４０に沿った傾斜を入れた切断によりウェハー３０の裏面からウェハ ー３０が切断される。図８Ａは、セグメント３６が傾斜を入れた切断によりウェ ハーから切断された後のセグメント３６の裏面１００を示す。図示されているよ うに、傾斜を入れた切断により、セグメント３６はその４側の全てに内方に傾斜 した縁壁１０２を有している。 ウェハー３０を裏面１００から切断するために、セグメントの境界を定める路 ３８と４０のパターンが切断の補助のためウェハー３０の裏面１００に設けられ る。セグメントの境界のパターンは、ビデオカメラとフェルト付きの記載装置を 含む装置内にウェハー３０を配することにより、その裏面１００に設けられる。 ウェハーは、ウェハー３０の前面がカメラに向き合い、記載装置がウェハー３０ の裏面１００と接触して配されるように装置の中に配置される。ウェハー３０の 前面の像がモニターに映し出され、作業者はセグメントの境界のパターンに沿っ て記載装置の下でウェハー３０を動かし、ウェハー３０の裏面１００にパターン がひかれる。 代わりに、セグメント境界のパターンが従来のフォトリソグラフィの手法によ りウェハー３０の裏面１００に設けられる。この手法においては、ウェハー３０ の裏面１００はフォトレジストで覆われ、電気回路機構がウェハー３０の裏面１ ００で見られるようにウェハー３０の前に赤外線が照射される。そして切断を導 くためウェハー３０の裏面１００の表面に境界のパターンが直線化され形成され る。 セグメント境界のパターンがウェハー３０の裏面１００に設けられた後であっ てウェハー３０が切断される前に、切断の間にセグメント３６を保持するための テープ層がウェハー３０の前面に設けられる。ウェハー３０の前面にテープが形 成された後、傾斜を入れた切断がウェハー３０の裏面１００のセグメント境界に 沿って行われる。本発明の好適な実施例では、傾斜を入れた切断により４５度の 角度を有するセグメント縁壁１０２が形成される。セグメント３６が切断された 後、テープは注意深くウェハー３０の前面から取り去られ、切断工程とテープに よる残留物を取り除くためにセグメント３６が洗浄される。 図８Ｂは、セグメントがウェハー３０から切断された後でセグメントがずっと 積層して組み立てられる直前の、互いに垂直に一列に並べられた３つのセグメン ト３６を示す。図示されているように、各々のセグメント３６の前面１０４は、 金属相互接続４８、４６、縁接続パッド４２を含んでいる。一度セグメント３６ が積層して組み立てられると、セグメント３６の縁接続パッド４２は積層構造の 垂直上の隣接セグメント３６と電気的に接続されるだろう。傾斜を付けた縁壁１ ０２の目的は、１つのセグメント３６の縁接続パッド４２と積層構造のすぐ下の セグメント３６の縁接続パッド４２との間の垂直上の電気的な接続をとるための 適度なすきまを設けることである。 洗浄後、セグメント３６の裏面１００と傾斜した縁１０２は、窒化物をスパッ タする方法を用いることにより絶縁化される。窒化物をスパッタする方法は、金 属の代わりに窒化ケイ素をセグメント３６の裏面１００にスパッタする点を除い ては金属膜のスパッタと同様である。窒化ケイ素の絶縁化は、セグメント３６の ダイ３２の基であるケイ素基板内にノイズと妨害信号が吸収されないようにする ために必要である。 セグメント３６がウェハー３０から切断され、絶縁化された後、セグメント３ ６の回路が機能的に試験される。ウェハー３０のダイ３２の一部が作用しなかっ たり欠陥ダイがウェハー３０から切断されなかったり従来技術の方法で捨てられ たものとされた以後は、欠陥ダイは機能ダイ３２から切り離されなければならな い。欠陥ダイは、セグメント３６の縁接続パッド４２と欠陥ダイの回路との間を 接続している金属相互接続４６の上層をレーザーを用いて蒸発させることによっ て切り離される。欠陥ダイは又、金属相互接続４６の上層を機械的に摩耗させた り電気的に溶解させたりしても切り離される。金属相互接続４６の上層がセグメ ント３６の縁接続パッド４２と欠陥ダイの回路との間で開口されると、欠陥ダイ はもはや電気的にセグメント３６と接続されなくなる。 元に戻った電気回路機構（完成した積層と接続するもの）が各々のセグメント ３６を利用するために、切り離された欠陥ダイに代わって、各々のセグメント３ ６は、又、独自に形成される。各々のセグメント３６は、レベルプログラミング と呼ばれる方法で独自に形成される。この方法では、多数のコントロール・シグ ナルがレーザーを使用して各々のセグメントに焼き付けられる。図３を参照する と、多数のコントロール・シグナルは、各々のセグメント３６のコントロール接 続パッド１０６の上に独自のパターンを焼き付けることにより各々のセグメント 上に形成される。 各々のセグメント３６が互いに独自に形成された後、セグメント３６はプログ ラム化される。この開示の目的のために、余分の機能ダイ３２が切り離された欠 陥ダイに取って代わるために、プログラミングは電気回路機構を定める工程に言 及する。これは置き換えられたダイ３２に、切り離されたダイに初めから向けら れた適当なコントロール・シグナルを提供することによってなされる。一旦セグ メント３６が積層され作動すると、コンピューターその他同様のものは積層内の 切り離されたダイにアクセスしようとするため、プログラミングは必要とされる 。それゆえ、積層内の欠陥ダイをアクセスしようとされた時、機能ダイ３２が代 わりに利用されるために、欠陥ダイを有するセグメント３６はプログラムされな ければならない。セグメント３６の現実のプログラミングは、以下に述べられる ように、積層製造間に行われる。 図９を参照すると、セグメント固定物１１０が示され、積層１１２が積層工程 で組み立てられる。ここで、セグメント３６は積層され、エポキシで一緒にされ る。好適な実施例においては、積層工程の間、積層１１２は６つの隣接したセグ メント３６を用いて組み立てられる。積層１１２は、各対の隣接したセグメント ３６の間にエポキシ１１４のフィルムを提供し、それからセグメント３６を前面 １０４を上にして整列した取り付け具１１６内に配することによって組み立てら れる。整列した取り付け具１１６は、３つの閉ざされたセルのウレタンゴムスタ ンプ１１８、１１９、１２０を用いることにより、水平面において固形物の固定 壁に対して積層１１２を圧縮し、垂直面において固形物の基底に対して積層１１ ２を圧縮する。積層１１２はそれから、積層１１２を固化させるため取り付け具 内で保持されつつ１２０度で矯正される。矯正サイクルは、１５分の安定化期間 と６０分の矯正と１０分の冷却期間を含んでいる。本発明の積層１１２を有する セグメント３６は厚さの多様性を有すると共にいくつかの順で積層されるので、 本発明は個々のダイ３２が積層される従来技術の方法を改良したものである。 積層１１２が固化された後、各々のセグメント３６の縁接続パッド４２（図８ Ｂ参照）は、電気的に機能する積層１１２を提供するために、積層１１２内で垂 直に電気的に接続される。積層の要素を垂直に接続する従来の方法は、積層の要 素の間で電気的な通路を提供するため、要素を金属ロットと接続し、要素内で多 数のバイアスを設け、バイアス内に電気的に伝導性の材料を挿入し、又はバイア スを伝導性のある液体で満たすものである。 図１０Ａと１０Ｂ参照すると、積層１１２のセグメント３６の間の垂直電気路 を提供する方法は、本発明により示される。図１０Ａはセグメント３６の裏面１ ００から、横に配された積層１１２を描いたものである。図１０Ｂは垂直に配さ れたセグメント３６の前面１０４から積層１１２を見たものである。積層１１２ のセグメント３６間の垂直電気路を提供するために、銀で満たされた伝導エポキ シ路１３０が、セグメント３６の傾斜を有する縁壁１０２に沿って施与機構１３ ２により施される。施与機構１３２は、ＸとＹ方向に動き、整列した積層１１２ のセグメント３６の外部接続パッド４２にエポキシの跡を形成する。エポキシの 跡１３０は予めプログラムされた位置で積層１１２の全ての４つの縁に設けられ 、エポキシ跡１３０は流れ、接続パッド４２の露出した金属と接続する。セグメ ント３６の傾斜を有する縁壁１０２はエポキシ跡による外部接続パッド４２との 接近を容易にしている。本発明の傾斜を有する縁壁１０２とエポキシ跡１３０の 使用により、積層への垂直方向の電気的接続を設けるために金属化層を使用する 従来技術の方法を改良する。 図１０Ａと１０Ｂに示されているように、エポキシ跡１３０は予めのプログラ ミングにより選択的に積層１１２の異なる層に施される。様々のエポキシ跡１３ ０が特定の装置の回路の通路と、切り離された欠陥ダイの周りの定められた電気 回路機構を決定する。セグメント３６の１つが積層１１２を組み立てるため他の ものの上に積層された時、セグメント３６のダイ３２の各々の位置は積層１１２ の垂直列を決定する。例えば、もし積層１１２の各々のセグメント３６が６つの ダイ３２を含んでいると、積層１１２はダイ３２の６つの垂直列を含んでいる。 記憶回路のような機能回路を有するためには、ある数の機能ダイ３２がセグメン ト３６の各々の垂直列に要求される。好適な実施例では、６つのセグメントを含 む積層１１２の電気回路機構がプログラミング間に定められ、積層の各々の列に ４つの機能ダイ３２を提供している。 図１１を参照して、エポキシ跡１３０が施与される機構が示される。施与機構 １４０はロータリー真空チェック１３４と、施与機構１３２とシールされたロー タリー真空継ぎ手１３８と、モーター１４２と、９０度指示機構１４４を含んで いる。シールされたロータリー真空継ぎ手１３８は、図示されていない真空ポン プと共に、施与機構１３２の真下に位置する真空チェック１３４の端部に真空を 作り出す。積層１１２は真空チェック１３４に水平に配され、チェック１３４は 真空によって積層１１２をその前面で保持する。積層１１２がチェック１３４に 対向して配置された後、施与機構１３２が積層１１２の一端上を動き、上述した ように、積層１１２の１側面にエポキシ跡１３０の予めプログラムされた路を施 す。施与機構１３２が移動して離れ、それから真空チェック１３４が９０度指示 機構１４４によって９０度回転する。その結果、エポキシは積層１１２の他の端 に沿って施される。積層１１２の全ての縁にエポキシが施されるまで工程は繰り 返される。好適な実施例では、エポキシ施与機構１３２は、１インチの１０００ 分の１の分解能を有する３０ゲージでルアー・チップ（Luer-tipped）の５ｃｃ の皮下注射器であり、図示されていないプログラム可能なロボットに配されてい る。 エポキシ跡１３０が施与された後、積層１１２はチェック１３４から取り外さ れ、エポキシ１３０は濡れているので特別の処理により保持領域に置かれる。エ ポキシ化されたセグメントの積層１１２はそれから矯正のため、対流オーブンに 配される。矯正は１５分の予備加熱と、６０分の矯正と、１０分の冷却を含んで いる。一度、積層１１２が電気的機能性をテストされると、積層１１２工程は終 了し、積層１１２は例えばプリント回路板のような回路支持基板上に載せられる 。 本発明の好適な実施例においては、積層１１２は、回路板内の積層１１２を載 せる副表面によって回路板と接続される。図１２を参照すると、本発明によりそ の中に載せられた多数の積層１１２の副表面を有する回路板１５０の断面図が示 される。回路板１５０内で積層１１２を副表面に載せるために、積層１１２の周 辺よりやや大きい多数の穴１５４が回路板１５０に開けられる。穴１５４が回路 板１５０内に開けられた後、回路板１５０は締め付け具１５２内に配される。積 層１１２はそれから図示のように積層１１２の最上のセグメント３６の前面１０ ４がプリント回路板１５０と平面になるように回路板１５０内の穴１５４に置か れる。積層１１２は、その周辺の様々な位置に急速な矯正位置エポキシ（図示さ れていない）の少量を適用することにより、来る作業のために決まった場所に保 持される。 積層１１２はエポキシにより回路板の上に載せられることができるけれども、 副表面搭載は、積層１１２の周りの回路板上にエポキシを適用した後に積層１１ ２の垂直側にエポキシを適用するときに遭遇する問題に打ち勝つ。回路板１５０ 内の積層１１２を副表面に搭載することは、以下のような多くの利点を有する。 熱膨張係数を考慮しており、回路板１５０上の積層１１２の全体の高さを減少さ せ積層１１２を高密度化のためにより高くでき、これから述べられるように積層 １１２と回路板１５０の間の電気的接続を単純化する。 図１３を参照して、積層１１２を回路板１５０に電気的に接続する方法が示さ れる。積層１１２を回路板１５０に保持するために位置決めエポキシ１５８が用 いられた後、コンピュター機構が積層１１２の各々の水平面のダイ３２をアクセ スできるように積層１１２は回路板１５０上の金属跡１６０と電気的に接続され る。各々の積層１１２は、頂上のセグメント３６の周辺の縁接続パッド４２が回 路板１５０の金属跡１６０の位置と合うように回路板１５０内に位置している。 接続パッド４２と回路板１５０上の金属跡１６０との間の隙間をつなぐために、 導電性のエポキシウイスカー１６２を満たした銀が施与機構１３２を用いること により各々の接続パッド４２から回路板１５０の反対側の金属跡１６０へ施され る。図１３に示されているように、回路板１５０へ積層１１２を取り付けるのに 用いられる位置決めエポキシ１５８は導電性エポキシウイスカー１６２と干渉し ないように設けられる。本発明の一つの特徴は、積層１１２と回路板１５０上の 金属跡１６０との間の電気的接続が回路板１５０と実質上同じ平面にある導電性 エポキシウイスカーでなされることである。 本発明の水平エポキシウイスカーは、回路板１５０と積層１１２の頂上のセグ メント３６の縁接続パッド４２との間、頂上セグメント３６の縁接続パッド４２ とセグメント３６を相互接続するために積層１１２の縁に設けられた水平エポキ シ跡１３０との間に電気的な接続を提供する。水平、垂直導電エポキシ跡１６０ 、１３２は、回路板１５０の回路が積層１１２のセグメント３６にアクセスでき るように設けられる。 セグメントがエポキシ跡１３０（図１０Ａと１０Ｂを参照）を用いて垂直に相 互接続された後、セグメント３６のいくつかのダイの失敗を補償するために回路 板面１５０に他のプログラムが用いられる。失敗ダイは、回路板平面で失敗ダイ に対するコントロールシグナルを選ばず、シグナルを積層１１２の機能ダイ３２ のコントロールシグナルに置き換えることにより補償される。これは、導電エポ キシウイスカー１６２で回路板１５０の適切な金属跡１６０を相互接続すること により達成される。 エポキシウイスカー１６２が回路板１５０に適用された後、板１５０の組立品 は最終矯正のために従来のオーブン内に配される。その矯正は、１５分の予備加 熱と、６０分の矯正と、１５分の冷却を含んでいる。矯正後、板１５０の組立品 はテストされ、ポリイミド層で封じられる。本発明のコンピューター回路板１５ ０の組立品は、ＰＣＭＣＩＡ（Personal Computer Memory Card Internatio nal Association）カードのような多くの目的のために使われる。ＰＣＭＣＩＡ カードは、ノートブックやポータブルコンピューターに挿入され、付加的な入力 ／出力機能と記憶容量増大をもたらす小さなクレジット型のデバイスである。本 発明の積層は、ＰＣＭＣＩＡカードに搭載され、例えば、ノートブックコンピュ ーターの外部記憶回路として用いられる。 本発明の特定の実施例の先の記述は、図と記述により表示される。それらは、 余す所のないものと意図されているのではなく、また発明を開示された正確な形 態に限定するものと意図されていない。上述の教示を考慮して多くの修正や変更 が可能である。実施例は、発明の原理やその実際の適用性を最も良く説明するた めに、選ばれ述べられた。それにより他の当業者は、その発明や企図された特定 の使用にふさわしい様々な変形による実施例を利用することができる。発明の範 囲はこれに添えられたクレームやそれらの均等物によって定められる。

───────────────────────────────────────────────────── 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，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ソウター，ケネス・エム アメリカ合衆国カリフォルニア州94086, サニーヴェール，ノース・フェアー・オー クス・アベニュー 771，ナンバー ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．前記セグメント上の複数のダイで、各々のダイは複数の第１の接続パッド を含むものと、 外部電気接続のために前記セグメントの前記縁の１より多くに位置してい る複数の縁接続パッドと、 前記ダイを相互接続するための前記複数の第１接続パッド間に接続された 金属跡の層で、前記ダイを前記外部接続に接続するため、前記金属層は、前記複 数の縁接続パッドと前記複数の第１接続パッドとの間をさらに接続しているもの とを有するセグメントを画定する３つ以上の縁を持つシリコンの前記セグメント 。 ２．前記金属跡がクロムとチタニウム・タングステンと金のサンドイッチを含 む請求項１のシリコンのセグメント。 ３．前記セグメントがさらに前面と裏面を含み、前記複数の第１接続パッドと 前記複数の縁接続パッドと前記金属跡の層が前記セグメントの前記前面に位置し ている請求項２のシリコンのセグメント。 ４．前記セグメントを画定する前記縁がさらに縁壁を含み、該縁壁と前記セグ メントの裏面が窒化ケイ素で絶縁されている請求項３のシリコンのセグメント。 ５．前記縁壁が斜角を付けられた請求項４のシリコンのセグメント。 ６．互いの上部に配置されるセグメントの積層であり、前記セグメントの各々 が３つ以上の縁と、その中に電気回路機構を有する複数のダイと、電気的に伝導 性の接触点とを含むものと、 前記セグメントの各々の前記複数のダイを相互接続するため、及び前記複 数のダイの１以上を前記セグメントの各々の前記電気的に伝導性の接触点の１以 上へ接続するための第１の相互接続手段と、 前記セグメントの各々の前記電気的に伝導性の接触点へアクセスを提供す るアクセス手段と、 前記積層内の前記セグメントの各々の前記電気的に伝導性の接触点を電気 的に相互接続するため、及び前記積層内の前記セグメントの各々に位置している 前記複数のダイへ側面の電気的接続を提供するための、前記アクセス手段に適応 できる第２の相互接続手段とを有する電気回路機構の積層。 ７．前記電気的に伝導性の接触点が前記セグメントの各々の前記縁の１より多 くに沿って位置している請求項６の電気回路機構の積層。 ８．前記第１の相互接続手段が金属跡の１層より多くを含む請求項７の電気回 路機構の積層。 ９．前記金属跡の層がクロム、チタニウム・タングステン、金のサンドイッチ を含む請求項８の電気回路機構の積層。 １０．前記アクセス手段が前記セグメントの前記縁の各々に沿って内方に傾斜し た縁壁を含んでいる請求項９の電気回路機構の積層。 １１．前記相互接続手段が電気的に伝導性のエポキシを含む請求項１０の電気回 路機構の積層。 １２．前記セグメントの各々がコントロール接続パッドを含んでおり、前記セグ メントの各々の前記コントロール接続パッドに焼き付けられた独自のパターンを 有することにより前記セグメントがお互いに関して独自に作られた請求項１１の 電気回路機構の積層。 １３．前記セグメントが相互接続された機能ダイと非機能ダイとを含み、前記非 機能ダイは前記機能ダイから切り離され、前記機能ダイの特定の１つが前記非機 能ダイと置き替わるために前記セグメントの各々の前記金属跡が定められる請求 項１１の電気回路機構の積層。 １４．前記積層は６つの前記セグメントを含み、前記６つのセグメントの各々は 前記ダイの４つを含んでおり、前記積層は前記ダイの４つの垂直列を有し、前記 垂直列の各々は前記ダイの６つ分の高さであり、又、前記機能ダイの４つが前記 積層内の前記ダイの前記４つの垂直列で接続されるように前記電気的に伝導性の エポキシが前記６つのセグメントに適用される請求項１２の電気回路機構の積層 。 １５．複数のダイを有するウェハーを用意し、 複数のセグメントの各々の１つが前記ウェハーの前記ダイの複数の隣接す るグループによって形成されている前記複数のセグメントを製造し、 前記複数のセグメントの前記各々の１つの前記複数の隣接するダイを相互 接続し、 前記ウェハーから前記複数のセグメントの前記各々の１つを切り離し、 セグメントの積層であって前記積層が外部垂直面を有するものを製造する ために、前記複数のセグメントを互いの上部に置き、 前記セグメントの積層を電気的に相互接続する工程を有するセグメントの 積層形成方法。 １６．さらに、前記複数のダイの各々に電気的に伝導性の内部接触点を用意し、 前記複数のセグメントの前記各々の１つに電気的に伝導性の外部接触点を 用意し、 前記複数のセグメントの前記各々の１つに、前記複数のダイ上の前記電気 的に伝導性の内部接触点と前記複数のセグメントの前記各々の１つ上の前記電気 的に伝導性の内部接触点との間に伸びる金属跡の層を用意し、 電気的に伝導性のエポキシが前記積層内の前記セグメントの前記各々の１ つの上の前記電気的に伝導性の外部接触点と接触するように、前記積層の前記外 部垂直面の１より多くに前記電気的に伝導性のエポキシを適用しそれによって前 記積層内の前記複数のセグメントを電気的に相互接続する工程を含む請求項１５ のセグメントの積層形成方法。 １７．さらに、前記セグメントの各々にコントロール接続パッドを用意し、 前記積層内の前記セグメントへのアクセスのために外部ソースから前記積 層へコントロールシグナルを供給し、 前記セグメントの各々の前記コントロール接続パッド内に独自のパターン を焼き付けることによって前記コントロールシグナルを前記セグメントの各々に とって独自に形成する工程を含む請求項１６のセグメントの積層形成方法。 １８．前記積層が頂上のセグメントを含んでおり、 さらに、その中に電気回路機構とホールを有するシグナル伝達基板を用意 し、 前記ホール内にセグメントの前記積層を取り付け、 前記シグナル伝達基板と前記積層の前記頂上のセグメントの前記電気的に 伝導性の外部接触点との間に電気的に伝導性のエポキシを適用することにより、 前記セグメントの積層を前記シグナル伝達基板と電気的に接続する工程を有する 請求項１７のセグメントの積層形成方法。 １９．前記頂上の積層が前記シグナル伝達基板の表面と共平面である請求項１８ のセグメントの積層形成方法。 ２０．前記電気的に伝導性のエポキシ跡が実質上前記シグナル伝達基板と同じ平 面にある請求項１９のセグメントの積層形成方法。 ２１．電気回路機構を有するシグナル伝達基板を用意し、 前記シグナル伝達基板内にホールをあけ、 前記積層の頂上が前記シグナル伝達基板の表面と共平面になるように、前 記ホール内に前記セグメントの積層を取り付け、 前記セグメントの積層を前記シグナル伝達基板に電気的に接続する工程を 有する、電気的に伝導性の接触点を有するシリコンセグメントの積層の取付方法 。 ２２．前記セグメントの積層を前記シグナル伝達基板に電気的に接続するために 、前記シグナル伝達基板と前記積層の前記電気的に伝導性の接触点との間に電気 的に伝導性のエポキシ跡を適用する工程を含む請求項２１のシリコンセグメント の積層の取付方法。 ２３．前記跡が前記シグナル伝達基板と実質上同じ平面にあるように前記跡を設 ける工程を含む請求項２２のシリコンセグメントの積層の取付方法。 ２４．前記セグメントの積層をプリント回路板に取り付け、ＰＣカード内の前記 プリント回路板と前記セグメントの積層を封入する工程を含む請求項２３のシリ コンセグメントの積層の取付方法。