JPS61501297A - ウエハおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この出願は「ウェハ」と題する１９８３年９月１５日に出願された米国出願第５ ３２３９１号の一部継続出願である。

及！ 本発明および、ここに開示される発見はウェハスケールインテグレーションに関 する。ウェハスケールデバイスおよび、それに付属される完全なシステムを商業 的な実現に持って行くことにおいて我々は実質的な改良を行なう方法を発見した 。チップは今日の進歩したコンピュータや電子デバイスの多くの基本である。し かしながら、チップの大きざが、その初期の集積回路から大規模集積回路、超大 規模集積回路へと成長している場合であっても、これらのチップは相変わらず製 造プロセスで中間ステップとしてウェハ上に製造される。製造されるときウェハ にはウェハの表面を横切って広げられたダイに設定された通常同一の多くの回路 が形成される。′その後、これらの回路はダイス切りされ、その個々のダイはチ ップと称されるものになる。ダイス切りする理由はウェハの端部に形成ぎれた２ 〜３の回路のみが良好であるという経験に幾分基づく。我々は今までピンホール と炭粒子が誤りの回路を生ずる大きな問題の１つであると思っていた。ピンホー ルはマスクからの艮好な回路パターンを破壊する。良好な回路を得るために回路 はウェハ上でテストされ、それからダイス切りされ個々の良好なチップに類分け され、それからパッケージされる。

チップがパッケージされた後は、しばしば後の高速テストが行なわれるだけであ る。

この技術の現状に対して出願人および他のものは［ウェハスケールインテグレー ション」と呼ばれるレベルの技術に従事していた。この技術ではウェハの全体を 利用してチップパッケージとは異なるシステムパッケージを作る。この技術を理 解するために、ゲート、ダイオード、抵抗および他の周知の電気的素子は回路の 基本単位であり、回路はダイの副素子で、そしてダイまたはチップはウェハのジ ノ素子である。モノリシックウェハについての我々の改作でのウェハそれ自体は 全システムもしくはその主要な補助部品となり得る複数の回路から構成される。

このシステムは約１０年前に初めて単一チップ上に形成されたシステムよりも、 ずっと大きな規模である。そのとき以来、最近の１０年間にチップは内蔵された メモリ、インストラクションプロセッサおよび外部に対する相互接続バスを有し ている。

有効なＶＬＳＩ技術と成るウェハスケールインテグレーション技術を使用するこ とによってダイス切り技術を削除することができる。過去において我々はストッ パー等によって発明されたユニバーサル・インターコネクション・サブストレー トと題する１９８１年１月１６日に出願された米国出願番号筒２２５．５８１号 に開示されているウェハスケールデバイスを作った。なあ、前記出願は放棄され １９８２年１１月２９日に、その継続出願筒４４５．１５６号がなされている。

この先行技術デバイスの利点の１つはチップ相互接続の電気的プログラミングを 特色とするということである。簡潔に言うと、それは各ウェハにランダムに生ず る良チップを接続するカスタムワークもしくは配線計画の必要性のないというこ とを意味する。それはハイブリッド技法である。

それに対してトリロジーのＲ員はチップやウェハによるコンピュータの概念に基 づいてＥＣＬ回路を作っていた。

彼等は１９８４年に、これらのデバイスをパッケージすることを期待していた。

トリロジーの方法は我々の方法とは異なっている。トリＯジーは、それらが本質 的に技術的な相違点を持っていること、およびそれらの技術を証明するのに使用 できることを声明している。

トリロジーはウェハを１インチ〜２インチ四方の大きなチップにダイス切りして 、それらを密封された水冷モジュールでパッケージすることを計画していた。ト リロジーが領域結合テープ付きの隆起ウェハを使用することを決めたということ を我々は聞いている。領域結合テープ、はウェハ結合パッドをテープ上にのみ信 号ラインを持ったピン・グるウェハモジュールの出口の分離配線上に存する。ト リロジーは熱に変わるＥＣＬ回路を利用している。この問題を処理するためにト リロジーのウェハは応力吸収用の厚いはんだ層を持ったモリブデン基体にダイ取 付けされるようになっている。モリブデンは高い熱伝導性を持った好ましい熱膨 張係数を与えるものとして知られていた。製品を市場に出さなかったトリロジー の失敗の原因は知られていない。

今日ＩＢＭからメモリや他の電子部品をパッケージするのに使用される熱伝導モ ジュールと呼ばれる商業的に入手可能なものが出されている。その商業的なモジ ュールはＴＣＭＸＸ−３３と呼ばれるものであると理解される。このモジュール は商業的な応用に利用され本件デバイスよりもはるかに？！！雑なものであるが 、一般には１９８２年６月１６日のエレクトロニクスに記述されている。ここに 記述されたデバイスを利用するシステムは競合システムよりもコスト面で改善さ れることを期待される。

ｍと１ヱー 我々の技術はチップまたは集積回路の相互接続の電気的ブＯグラミングを好適に 利用する。先行技術において、我々はアモルファスカルコゲナイド、２路プログ ラマブルヒユーズの使用を開示した。我々の引き続く実験ではアモルファスシリ コンを採用したアモルファス「アンチヒユーズ」を使用するということが１９８ ３年９月２２日のエレクトロニクスに報告された。アモルファス、もしくは非晶 質シリコンは我々のウェハ上の金属の２層間にサンドインチされる絶縁体として 働く。先行技術のごとく金属ラインが綱状配列で１もしくは複数の層上に他に対 し直角もしくは他の層のラインに矩形となるように作られており、それによって クロスラインを連結するプログラマブル・バイブを形成することができる。

この連結のために矩形配列の２つのラインを一緒に連結し、チップ同士を連結す ることができるように溶融相互接続が２つの導体間に施される。

先行のユニバーサル・インターコネクション・サブストレート出願はその用途を υ１限する手段を有していた。そして、本出願は、ＥＣＬだけでなくＴＴＬおよ び／もしくはＣ−ＭＯＳあるいは他のロジック技術に適用でき、その結果ハイブ リッド技術が使用されると、チップの最小配列が種々のチップ技術を利用したウ ェハ上の全システムとなることができる電気的プログラマブルシリコン相互接続 サブストレートに向けられている。さらに、我々は多くの問題を克服することが でき、また１００ｍａ＋ウェハからウェハを作ることができた。ハイブリッドシ ステムにおいて各チップはエポキシとアル纂°ニウムの模もしくは配線結合によ ってシリコンサブストレートに結合される。サブ、ストレート全体は空冷だけで なく液体フレオンもしくは液体窒素循回を可能とするコアアセンブルもしくはモ ジュールに取付は我々がなした発見と発明）は先に引用しかつ引用によってここ に十分盛り込まれた先行の米国出願第４４５，１５６号に関して使用できるだけ でなく、ストッパー等によって発明されて１９８２年３月２２日に出願されかつ 上記引用された関連出願をも開示し、そのすべてが引用によって十分に盛り込ま れている「コンピュータ装置および方法」と題する米国出願第３６０，１７７号 に開示されているようなシステムにも使用できる。我々がなした発見と発明の結 果、前の技術よりも迅速で、小型で、よりエネルギ効果が良く、信頼性のあるエ レクトロニクスアセンブリを実現できる。

このデバイスの利点により集積回路自身に特別なビンアウトの制限をすることな しにＴＴＬ回路、ＥＣＬ、および／もしくはＣ−ＭＯＳロジックを利用できる。

開示したウェハシステムは１００ｆｆｉｌｌｌであり、Ｃ−ＭＯＳを迅速に動作 させる冷たい温度での動作を可能にする。高パワーのＣ−ＭＯＳデバイスはバイ ポーラのスピードを達成できる。Ｃ−Ｍ　ＯＳデバイスは将来バイポーラのスピ ードを超えることを期待されており、我々のデバイスは最大ゲートカウントでき るＣ−ＭＯＳチップの利用可能にする。フィールドプログラマブル相互接続サブ ストレートの使用はターンアラウンドを除去し、現在の技術で利用されている多 くのマスキング工程を除く。そしてトリロジーによって採用されたウェハスケー ル方法で必要とされた高い出資コストを避けることができる。我々の改良は冷部 液のごとき、どんな有効なヒートシンクをも包囲とすることを可能にし、空気や 直接浸入の液体冷却がウェハシステムで使用されるのを許容する。先行技術にな い多くの技術的改良がなされた。その技術的改良は本発明の詳細な説明に記述さ れており、こ　′こに添付されたクレームに含まれている。

第１図は層が示されるウェハスケールデバイスを示す図である。

第２図は第１図のウェハのバッドラインを示す１部分の平面図である。

第３図は第１図のウェハのネットラインを示す層部分の平面図である。

第４図は他の実施例における第１図のパワー分配の層部分を示す図である。

第５図はセル（第１図の２）をより詳細に示す図である。

第６図は結合バッドを詳細に示す第５図のセルの層を示す図である。

第７図は第５図のざらに詳細図である。

第８図はパッドラインとネットラインの間のクロスオーバを通して第５図の断面 を示す図である。

第９図はバッドの間の相互接続の図式図である。

第１０図は信号ラインの中継エリアの詳細図である。

第１１図は第１０図と同様な微細な図であり、交互の結合を示すヘッダエツジを 示す。

第１２図は第１の結合を示す第１図と同様な図である。

第１３図はヘッダとウェハのコーナ部を示す図である。

第１４図は第１３図の頂部の類似な図である。

第１５図はシステムを形成するべくハイブリッドダイに相互接続されるディスク ソートなダイが形成されたウェハの断面図である。

第１６図はハイブリッド相互接続ダイアツブを示す部分として好ましいウェハを 示す図である。

第１７図は好ましい５ｉｏ２とＡＦの反転を持ったハイブリッド相互接続ダイア ツブを示す部分として他のおよび好ましいウェハを示す示す図である。

第１８図はＭ５が付着される前のハイブリッド相互接続ウェハダイアツブの一部 を示すとともにアンチヒユーズ細孔の断面を示す図である。

好ましい実施例とウェハシステムの製゛プロセスの第１図は米国出願第２２５． ５８１号の継続出願である先行の米国出願第４４５．１５６号で、現在は１９８ ４年７月３日に米国特許第４．４５８．２９７号となっているものと同じように 有効なエリアがどのようにして内部セル３、外部セル１３、ロジックライン中継 エリア７４、および電力中継エリア７１に分けられるがを示すウェハ１の平面図 である。

第２図は各バッド８がそれ自身のパッドラインに接続できるような方法で多数の セルを横切る水平バッドライン６と垂直バッドライン７を示している。外部セル は水平または垂直のパッドラインによって横切られている。内部セルとは水平と 垂直の双方のパッドラインによって横切られている。これらのラインはセルの下 （もしくは上）および／もしくはディスクリートなダイの間に位置できる。

第３図は各水平バッドライン６が各垂直ネットライン１０によって横切られ、各 垂直バッドライン７が各水平ネットライン９によって横切られるようにしてすべ てのセルを横切る水平ネットラインつと垂直ネットライン１０を示している。各 水平ネットライン９は正確に１つの垂直ネットライン１０と、１つの中継エリア ７４の正確に１つのコクタクトバッド２７に永久的に接続されている。このよう にしてすべてのパッドラインはすべてのネットを横切り、すべてのネットは外部 へアクセスされることになる。

第４図はバッドおよびネットラインと組合わせて使用できるパワーグリッド１１ のシステムを示している。我々は以下に述べるように２つのレール電力分配シス テムを与える先行技術システムを実質的に改良した。レールシステムにおいて１ 、各セルは水平と垂直方向に３回両レールによってクロスされる。電力レールは いくつかの電力中継エリア５における１対のコンタクトバッド１２に接続されて いる。

第５図は内部セルをもう少し詳しく示している。バッド８を接合するパワーグリ ッド１１．パッドライン６．７．およびネットライン９．１０は相互接続、Ｎ力 および金属板が与えらるような形で有効スペースを分は合っている。

第６図はセルが主結合パッド１４と補助結合パッド１５を含んでいることを示し ている。主パツドのみが第２図に示すように、それら自身のバンドラインを制し ている。補助パッドは次の隣接主パツドに接続されている。

第７図は第５図に見られる１３の詳細を示している。狭いラインはパッドライン ６．７であり、広いラインはネットライン９，１ｏである。バンドライン間のク ロスオー７５部は絶縁される。ネットライン間のクロスオーバ部も各水平ネット ラインがバイヤホール１６を通して垂直ネットラインに対し１点で接続されてい る以外は絶縁されている。

パッドラインとネットライン間のクロスオーバ部は金属層間の絶縁体に向けられ たパイヤホール１７を有するとともに、それらの間に挾まれたアモルファス半導 体１８のパッドまたは層を有している。

第８図はパッドラインとネットライン間のクロスオーバ部の断面を示している。

下部の金属１９は下部と上部の金属がアモルファス半導体材料によって互いに分 離されている絶縁物内のパイヤホールを除き、絶縁体２１によって上部金属２０ から分離されている。

第９図は３のつのパッド８−の間の所望の相互接続がパイヤホール２３によって 互いに永久的に接続される２つの直交ネットライン９．１０を選択することによ って、かつ適応性のあるパッドライン６．７と選ばれたネットとの閂の制御可能 なりロスポイント２８を焼結することによってどのようにして行なわれるかを示 す。

上述のことから、１９８１年１月１６日に出願された先行技術出願米国出願第２ ２５．５８１号から部分的に取った第１図ないし第９図はそれだけで導電材料ま たは不導電材料のいずれかで形成されるサブストレート１を表わしていることが わかるだろう。このサブストレートは２つの板。

もしくはパターン化された金属層１９．２０を支持し、しかして２つの主要なレ ベルの相互接続をもたらす。絶縁層１２は金属層間に配されるとともに、もしサ ブストレートが導電体であれば下部台底層とサブストレートとの間にも配される 。金属層間の接続もしくは金属層とサブストレート間の接続はそれぞれ絶縁体層 もしくは金属層にも設けられたパイヤホールを通してなされる。この先行出願の パッドラインとネットラインは我々の改良システムにおいて採用されており、本 質的な改善がなされている。それについて以下説明する。

サブストレートによって与えられるようなハイブリッドシステムのための現実の 地所は内部セル、外部セルに使用される特別なエリアと、信号中継エリアと、電 力中継エリアとに分けられている。１つの好ましい実施例において、サブストレ ートは直径１００■の円板、セルは矩形エリアであり、信号中継エリアはウェハ のリムに沿っており、そして電力中継エリアは隅のスペースに設けられている。

セルは集積回路チップをホストするとともに、チップとサブストレートとの間の 信号接続の結合パッドを与えるようになっている。

第１図にウェハが表を上にして示されている。我々の新規な発見と改良に関連し て使用される前記の通論から、今度は我々の新規な発見と改良について詳細を説 明する。

各ウニＡｔま第１図に示されるようにウェハ１の接続リムを持っている。リムｌ ｌｌ造領戚７４は拡大図である第１ｏ図に一部が示されておりまた第１１図と第 １４図にも詳細に示されている。第１０図に第１図のリム７４の設計部分が示さ れてあり、第１０図において、６１は１次接合パッド、６２は２次接合パッドで あり、この２次接合パッドは予定されたネットライン７、もしくは８の前記１次 バンドへの取付けに故障がある場合にもう１つの接合用地として使用され、それ はヘッダ上の特別な点に外部信号を得るのに必要である。我々はアンチヒュ゛− ズがどのようにプログラムされるかを決めるためにウェハ接続リムに２つのテス トポイント６３．６４を付加的に設けた。リム領域は作った後で我々がさらに進 める前にウェハを有効にするためのテストポイントとして改能する。ブＯ−ブも しくは結合点６５と６６はネットライン７または８のセグメントの連続性をチェ ックするための付加的なブＯ−ブポイントであり、その結果、たとえば主バッド ６１で一端を見つけることができ、そしてその点がウェハの他の側のプローブポ イントでウェハの他の一側に接続できるかどうかテストできる。その２つのポイ ントを検査することにより、一方のパッド６１から他方のパッド６５まで延びる ラインセグメント７または８が実際に穴なしに結合されているのを確かめること ができる。第１１図と第１４図はウェハのエツジの種々の点でのヘッダに対する 結合を示す。第１３図に示されているのは、アース板に対するアース結合エリア ４９と、複数の電圧を使用する電圧結合用地３４と、アース結合線１３０．１３ １を持ったコーナ部である。第１２図は主パツドから直接、ヘッダの交差結合位 置３６に橋渡しされた多数の信号結合線を示している。第１１図の第２バツド６ ７からヘッダへの対応位Ｍ３６に接続する交互な結合線１３４を示している。こ れは主結合パッド用地に協働するネットライン７に問題がある場合に使用される 接続である。隣接する余分なネットライン１３７をピックアップする接続の方を 選ぶこともできる。

第１４図はリム７４の（電圧接続ポイントのごとき）アースポイントとリム４４ の電カポインド９つからヘッダの電圧部３４に、いかに、多くの接続が必要であ るかを示している。同様に、リムの同じようなアースポイント接続からウェハの パターン面のアースポイン４つに多くの結合がなされる。なお、アースポイント ４９は外部接続のアース端子に接続される。

第１５図は米国特許出願第５３２．３９１号に開示されているような我々の発明 の好ましいウェハの実施例を示す図である。

第１５図の詳細は、ウェハは一般にダイが置かれるシリコンの非常に薄いシリン ダであることを知っている当業者によって理解できよう。第１５図は我々が使用 し、記述するそのシリコンウェハと他の品目の断面を示す。

引例としてここに盛り込まれている米国出願第４４５゜１５６号として継続され ている米国出願第２２５．５８１号には、それ自身が４電性材料または非導電性 材料によって形成された集積回路用のウェハサブストレートが開示されている。

このサブストレートは本発明ではペースモノリシックウェハと呼ぶ。このサブス トレートはパターン化された金属の２つの板もしくは層を持っており、而して相 互接続の２つの層を提供する。このパターン化された金属は、この出願の意味内 で相互接続システムと考えられる。先行出願では、その出願から今知られ゛てい るように、金属層はアモルファス半導体材料によって形成された接続を持つこと ができる。これは、そこに記載されているようにアモルファスバイヤによる。金 属層間または金＠層とサブストレート間の）！続は、それぞれ金属間または層間 の絶縁層のパイヤホールを通して行なうことができる。この先行技術と、ここに 記載した実施例においてウェハの真の地所はセルと呼ばれる特別なエリアに分け られており、信号中継エリアや電力中継エリアが設けられている。先行技術にお いて、チップと、この表面のチップ間の信号接続を与える相互接続を持った金属 層とのハイブリッドシステムにおいてセルは集積回路チップなホストするように 意図されていた。

先行出願と違って、この実施例は別のサブストレートを使用している。好ましい サブストレートは、それに合体されたアクティブなダイを持ったく１０に対応す る）シリコンウェハ２０１によって置換されている。そして各々が通常テスト中 のプローブおよびパッケージ中の結合として使用されるダイコンタクト用地に２ ０２を持っている。ウェハ２０１に、また、より上のダイ保有面に、ポリアミド 樹脂絶縁層２０４の薄い粘着層が積層される。この樹脂はモノリシックウェハの 製造工程中に硬化され、ウェハ面を通してダイコンタクト用地２０２に至る穴を 与えるようにエツチングされる。その結果、これらは一時的にカバーされる。こ の樹脂は引き続く処理に重要なウェハの表面を滑らかにするという基本的な役割 を果たし、工程範囲を増進する。その後、モノリシックウェハの製造プロセス中 に好ましい例として引用例に組み込まれている従来の相互接続システムの薄膜相 互接続システム２０３が絶縁Ｍ２Ｏ４上に何者される。

相互接続システム２０３は、そこにそれ自身の・コンタクト用地を組み込んでい る。上面のワイヤ結合に好適な用地に結合コンタクト用地２０５が設けられてい る。テストプローブ２１５で検査するのに好適なプローブコンタクト用地２０６ があり、またダイコンタクト用地２０２で下層ダイに相互接続システムを連結す るのに好適な連結コンタクト用地２０７がある。一般にコンタクト用地はどんな コンタクト用地に対しても連結されるが、ダイコンタクト用地２０２に連結され た埋設コンタクト用地２０７に直接テストを施す目的でプローブコンタクト用地 ２０６と連結するコンタクト用地２０７の間に特別な直接接続２０８が設けられ る。

ここで、そこに形成された孤立したダイを持ったウェハは回路作成の中間プロセ スにおける共通の技術であることに注目されたい。好ましい実施例のウェハはこ れらのウェハと同様に作られる。既述してきた相互接続システムは上述した先行 出願によって一般的に教示される方法で相互接続が先に孤立せられたダイのどん なまたはすべてを通して使用目的になるようにプログラム可能である。下層のダ イは複数の６４Ｋまたは２５６ＫＲＡＭダイであり、これらは多量メモリに統一 することが可能である。

これらのダイはインストラクションプロセッサチップ。

Ｉ１０インターフェイス、および完全システムを成すのに必要な多くの他のチッ プを含むことのできる完全チップに統合することができる。ダイは、もし正常に 勤がないが、もしくは望ましくなければ、代用のダイに代えることができる。完 全なシステムを作るのに付加的なチップが使用できる。または相互接続システム ２０３の表面に設置された所望の回路を持っているダウン結合ハイブリッドチッ プ２Ｏ７を粘着結合することによってウェハのダイ全体に代用のダイを設置でき る。それから、ワイヤ接合材２１１がチップ２０９の用地から上結合コンタクト 用地２０５に至るように選択された結合用地に施される。同様に上結合コンタク ト用地２０５は外部のワ・イヤ結合材２１２を印刷配線板２１２に、好ましくは ヘッダ２０に結合するのに使用できる。僅少片接合材２１３はウェハの上結合用 地２０５同士の間に施される。このシステムのすべての相互接続はウェハを真の モノリシックウェハになす。そして付加的また　−は代用チップがウェハの表面 にダウン結合されたとき、これをハイブリッドモノリシックウェハシステムとみ なす。

そのシステムを概観すると、完全パッケージ化されたシステムが図式的に示され ている第１図に関係がある。そこではウェハを支持するとともに外部に相互接続 するのに印　−刷回路板を使用している。我々はむしろウェハと印刷配線板３ｏ との間に設けられたヘッダを使用する。その機能と詳細は、これと同日に米国出 願されたバーパート・ストツケールパッケージシステムとヘッダ、およびそ、の 製造方法」と題する出願として引用される別出願に開示されている。

なおその出願は、ここにその全体が組み込まれている。

印刷配線板３０は本システムの最も大きな部分である。

配線板３０をモノリシックウェハ１０に相互接続するのはハのリード６１に連結 する。ウェハは現状の技術に従って製造された複数のＶＬＳＩダイを有している 。これらのダイは２５６　Ｋ　ｒａＩｌｌチップとして図示されており、単一ウ ェハ上に標準プロセスにより製造できる。先の米国出願第４４５．１５６号にお いて一般的に早く形成されている形式の網状配列の相互接続マトリックスはすべ ての良好なダイ６を相互接続するように使用されかつ相互接続ウェハの頂部に垂 直に積み上げたプロセッサチップ６を分けるように舶記ダイを接続するのにも使 用される。それによって全システムを仕立てる。代わりの好ましい実施例では、 相互接続マトリックスが単独で製造でき、その頂部のウェハ上に設置されたチッ プ１１のごとき全回路は全システムを作る。

このシステムの垂直に積み上げられたチップは、特別なシステムの要求に依存し てプロセッシングチップ、入力／出力チップ、メモリチップ、およびその変形と なるチップ１１として図示されている。この主題の変形は、ここでは詳細に記述 されていないが、我々の発明と発見の広い請求の範囲内に入る。なぜなら我々の 発明と発見は設計者が希望するシステムの個々の特徴を選んだり、それを、ここ に記述した作成方法によって作られるウェハを使うことによって簡単に成就でき るようにしているからである。それが集積されたダイであれ、ハイブリッドダイ であれ、モノリシックウェハは１０ミクロンの幅と、１０ミクロンの厚さまたは 薄さのオーダであるパッドライン７とネットライン８の網状マトリックスによっ て集積されている。これらのラインはダイ６の間および／または１１のごときダ イの下でウェハと交差し、そしてウェハの主な区域を横切るプログラマブルなり ロスポイントでそのライン内のパッドラインとの相互接続を許容する。これらの ことは、ここで特にプログラマブルなりロスポイントに間遠して、より詳細に記 述する。チップの結合ポイントのために我々はペデスタルを与えているが、その 重要な特徴をまずここで明らかにする。ダイ、それら自身は綱状マトリックスに 相互接続される。そして、これらの結合ペデスタルはモノリシックウェハならび にヘッダ２２に結合する点の適切な位置でり一ドラインをペデスタルに結合する ことによってハイブリッド形式で付加的なチップの信頼できる相互接続を可能に する。モノミノシックウェハは付加的なハイブリッドチップを備える必要がない 。これは付゛加的な電力の追加とシステム作成時における融通性を生ずる。たと えば、ウェハ上に６０チツプの２５６ＫＲＡＭを使用すればそれを利用して８速 のメガバイト規模のメモリを作ることができる。すべてのネットラインとパッド ラインをヘッダに接続するために、リム７４がウェハの外面に設けられている。

この、リム上に第１の結合ポイント６１、第２の結合ポイント６２、テストポイ ント６３．６４、およびプローブポイント６４，６５が設けられている。１対の テストパッド６３．６４と１組の外部リード結合プローブポイントパッド６５． ６６が存する。これらのプローブポイントパッドの機能はヘッダへの表面接続を 許容することである。それに加えて、ウェハの表面にはウェハのコーナに配され たアースポイント９８と電圧面ポイント９９が存在する。

現存ウェハに対する本質的な改良として、我々は独立の異なった発明または発見 を利用し組合わせた。我々はウェハの広い誘電キャパシタを利用した。そのキャ パシタはショートすることなしにｌ０Ｃ）■ウェハ上に再現するのは首尾一貫し て許容する方法で製造される。それを作る構造を、この出願のウェハを考慮して 述べる。１０ｏＩＩｒＡのシリコンウニハキセパシタは我々の好ましい実施例に おいて採用ざ机ている。再環性ある方法でショートフリー土台にそのようなデバ イスを首尾一貫して製造するのには、このサイズのショートフリーウェハを作る 方法の発見を必要とした。

ウェハの製造における面倒な問題は、いつもピンホールであった。キャパシタに おいて、２つの導体は誘電体によって分離されている。もし誘電体に穴があると 、ショートはキャパシタを破壊してしまうことになる。時々、ショートははっき りわからないが、時間が経つと突破する。モノリシックウェハの製造において、 我々はシートアースと電力面とに間に使用のためのキャパシタを設けた。これは 重要な開発であり、ＯＬ、ＴＴＬ、Ｃ−ＭＯＳおよび種々の回路技術を使用でき る融通のきく相互接続マトリックスを製造するのを可能にしたものである。アー ス面と電力面との間のウェハの広いキャパシタを使用することはシート面のアー ス面および電力面を使用することを可能にする。これはウェハを横切る電力サー ジを最小になす。しかしながら、キャパシタの上部導体を横切ってどこにもワイ ヤ結合を行ない得るようにするために、結合エリアの全表面は電力とアース間の キャパシティブ層を突破することなく接合材を支持できるようになっていなけれ ばならない。我々はこれを、ここに述べるキャパシタを使用することによって成 し遂げた。深いバイヤホールでのダウン結合という問題を最小にするために我々 は後で説明するように選択されたエリアにおいて上部導体のパイヤホールを通し て、および誘電体を通してペデスタルをうまく形成することを可能にした。

１００％結合可能なウェハは我々がピンホールフリーのウェハの作り方を学んだ 後でのみ達成できるようになった。　−我々の知る限りでは、非常に高い生産高 の、もしくは１００％の生産高のピンホールフリーデバイスの不変の生産は他人 によって成し遂げられていない。有効であるとりかつでいる公知の商業上の°デ バイスは存しない。しかしながらこれに対し我々が問いている現代の生産実務は センチメートル四方につきほぼ１つの欠陥を生じ、しがもセンチメートル四方に つき６個欠陥のｔｌでもっと多くの欠陥の可能性を有している。ｆ１々のモノリ シッマトリックス相互接続のウェハスケール応用で望まれるようなＸｔ体によっ て分けられた金属層を有するキャパシティブデバイスでは、単に１つのピンホー ルがウェハを役に立たなくすることができるショートを生ずる。

キャパシタのためのピンホールフリーな誘電体を作るために我々は二酸化シリコ ンのようなシリコン塩の複数の付着を行なう。基体シリコンウェハはアルミニウ ムのごとき金属層でスパッタリングなどによって覆われる。その後、化学蒸着な どによって第１の二酸化シリコン層が付着される。その第１の層は約０．５ミク ロンに形成される。後で述べる他の実施例のシリコンｇｌ誘電体シリコン（窒化 物またはアモルファスシリコンが可能）は迅速な清掃動作でノズルからの圧縮窒 素のｒＩ４！）ｊで窒素スプレー吹付けがなされる。第３の層のために、第１の 層の付着ステップが繰返され、窒素スプレー吹付けが繰返され、そして再び付着 ステップが繰返される。各窒素ステップでウェハは１２０６回転されるのが好ま しい。その結果２つの金属層間にピンホールフリーデバイスを確実に形成しショ ートフリーのキャパシタを実現する。

ショートフリーで、ウェハ広さのピンホールフリーなキャパシタ層を形成する能 力は、このようにして前に述べた金属誘電体がメタル層で覆われたときに成し遂 げられる。

しかしながら、集積された相互接続マトリックスウェハ上のどの箇所にも結合で きるショートフリ、−なウェハ広さのデバイスを形成する能力は成就されるよう 望まれる。ＷＯ３２１０２６４０の下で１９８２年８月５日に公表されたＰＣＴ ／ＵＳ８１１０１７２５（７）Ｉｆカレール分配システムは二者択一的であるが 今は実施例が変更するのを推奨していない。この電力レール分配システムはＴ　 Ｔ’ＬやＥＣＬおよび他の高電力浦費デバイスのような種々の回路形式を取去う ように使用できない。その電力レールの代わりに、我々は我々の開発したウェハ 広さのキャパシタを使用することができるということを知った。我々は薄い誘電 体によってアース面から分離されたシート電力面を使用することにした。これは 我々に電力レールシステムより勝った付加的な利益を与えてくれるとともに、Ｍ Ｏ５やＣ−ＭＯ８回路だけでなくＥＣＬやＴＴＬ回路および同様なシステムにお ける他の回路技術を使用するのを可能にしてくれた。このシートシステムは十分 な電流を運ぶ。そして種々の異なって回路形式の使用を許容するのに十分な分布 キ７バシタンスを与える。

我々が解決を発見した他の重要な問題は、我々の以前の研究所でのウェハ広さの キャパシタの上部層導体にワイヤ結合するのにもたらされる圧力によって生ずる ショートを除く方法である。ワイヤ結合冶具はたとえそれが結合に超音波を利用 したものであっても前に述べたウェハ広さのキャパシタのｙ：Ｎ体またはキャパ シタ層にショートを起こすに十分な圧力を与えることが我々にわかった。我々は 、その理由を確証していないが、そのようなショート発生は一様にｖＡ奈された 。

我々は、これは冶具の圧力が導体の上部および底部層として使用される比較的軟 らかいアルミニウムを変形させ、かつその圧力が薄い氷に似た二酸化シリコンを それが割れてアルミニウムがその割れ目を通して突出しショートを起こすように なるまで曲げるという事実によると信じている。

理由が何であろうと、それは圧力の下で潰れショートを引き起こすのである。

我々がなした発見は本質的な改善である解決を生ずる。

我々が使用したい解決でありかつ我々が発見した解決はモリブデンタンタリウム （Ｔａが２．５％、ＭＯが９７．５％）と呼ばれる金属合金な使用することであ り、この金属合金は下方位置のアルミニウム導体上に、および時々次の金属層に 隣接した誘電体上に約３ミクロンの厚さに付着される。

上述したようにモリタンタリウム（ＭＯＴａ　）が我々の好ましい解決であると 理解することは重要である。妥当な材料としての他の合金はモリブデン、もしく はクロミニラム、もしくはタングステン、もしくはそれらとタンタリウムとの合 金であり、これらは高い分子世のごとき類似の性質を有しているとともに、本質 的な変形なしに形状における応力や歪みを吸収することができる。興味深いこと には、通常の冶金の手引はスパッタされた金属の硬さまたは伝導性に適当な個を 与えない。それゆえ、通常のまたはパルツク冶金の特性に基づ（考察は適当でな い。実験および／もしくは予期しない発見が必要である。

一般に我々は２つの解決法が好ましいことを見い出した。

第１の解決法は本質的な変形なしに結合の応力や歪みに抵抗しかつ吸収すること のできる分離した金属層、好ましくはモリタンタリウムによってカバーされた基 体導体を設け、次にそれを前に説明した誘電体層で覆い、それから誘電体層を他 の金属層で覆うことでおる。

次に好ましいステップはショートフリーキャパシタを付着することである。我々 は前に述べた材料を採用するのを選ぶ。２つのキャパシタ層の間に二酸化シリコ ンまたは窒化シリコンの形での欠陥のない絶縁の均一性を壜入させるために、我 々は３つのステップにこれらの材料を付着するのが好ましいことを見い出した。

各ステップは同じ要素または関連要素のいずれかによる化学ＭＩｌを含む。好ま しい例として、それぞれ０．５ミクロンの厚さで二酸化シリコンを３回使用する 。０．５ミクロンが窒素ガス噴射吹付けを用いて付着された後、付着がされてい る面は吹かれて粒子などを払拭し、次にウェハを約１２０６回転し、次の０゜５ ミクロンの付着を行ない、その後、新しく付着された面を窒素噴射が拭き、そし て第３の層を付着する。

欠陥のない絶縁体を高めるために、時折、交互の材料として層に２つまたは３つ の異なる材料を使用することが好ましい。ここでの交互の実施例は第１次ステッ プとして二酸化シリコン、中間ステップとしてアモルファスシリコンの層、窒化 シリコンによる第３の豹の付着な使用することである。二酸化シリコン、それか ら窒化シリコン、次に二酸化シリコンを使用するようにしてもよい。順序は自由 である。処理時間を改善するために我々は１つのガス混合物を使用するようにし た。そして最も望ましいガス混合物として二酸化シリコンを選んだ。それの使用 は全く効果的であり、その特性によってならびに装置のコストおよび処理時間の 本質的な低減によって選ばれる。

好ましい次のステップは好ましくは金属アルミニウムのアース面を付着すること である。しかしアルミニウムによって追従される上述のモリタンタリウムの３ミ クロン層にしてもよい。

さて一般に第１図と第１６図それ自身のウェハを参照するとデバイスを作るシー ケンシャルな方法を参照することによって読者がもっと十分にデバイスを理解す ると信じられる。第１６図は結合問題に対する我々の好ましい解決法な示してい る。しかし回路形状を作成するマスキングやエツチングの詳細はそこには示され ていない。他の図も参照されたい。

サブストレート層はシリコンウェハである。好ましいシリコンウェハは半導体産 業において使用されている標準１００ｍｍのウェハである。シリコンは機械的な 強さから選ばれ、我々はそれが導電性か不導電性かについての選択はしない。し かしながら、ウェハの特性はフラットでかつ清らかであることが要求される。そ れは全く傷がないものでなければならず、大きなスパイクが欠陥として起きては いけない。しかしながら、結晶欠陥は許される。重要なことはウェハの平坦性で ある。好ましいウェハのサイズは相互接続マトリックスの電気的特性を＊観する 商業的な大きざからの選択に基づいて選ばれる。

次の層、もしくは底部から上へのこの処理について後で述べるように、第１の金 属層Ｍ１が付着される。第１の金属層は良導体の金属である。金が使用できる。

しかしながら、我々はアルミニウム、好ましくは０．５〜４％の範囲の鋼におけ るいくらかの銅、好ましくは付ｉｔ時間を高めスパイクを最小化するものとして 我々が見い出した１％の銅を持ったアルミニウムを使用することを選択する。こ の第１の金属層はアース面として使用され、そのアース面の厚みはウェハそれ自 身の電圧降下に関連して要求される。我々が選んだＭｌの範囲は１．５ミクロン ないし５ミクロンであり、好ましくは２ミクロンである。注目すべきこととして 、我々は他の実施例で１対の等しい厚みの電圧面とアース面を使用することがで きるがＴＴＬロジックに適当なウェハを与えるためには、アルミニウムにおける 、電圧降下を少なくするためにシート抵抗の点でアルミニウムは１゜８ミクロン 以上、好ましくは２ミクロンにし、３ミクロンのＭＯＴａを塗るべきであるとい うことを発見した。

電圧供給ａ電位よりもアース電位にずっと近い人間世界の値が存しないＴＴＬロ ジック振幅余白およびそのオン。

オフ余白のために我々は我々の構造によって電圧面およびアース面の不同−の厚 みを持った良い結果を得た。したがって、我々の電圧面ではウェハ上のすべての チップに施されたアース面よりも電圧ドロップが少なく、ウェハの１つの面上の チップからウェハの他面上の他のチップへの、または中央から外面への伝達用に 我々が残したノイズ余白は信号がどちらの方向へ行こうとも十分である。ノイズ 余白のために対称的形状よりもむしろ、アース面にアルミニウムを２ミクロンの アルミニウム範囲で設けることが重要である。我々はアルミニウムの厚さを１． ８ミクロンないし約５ミクロンのアルミニウム層に運ぶ。しかしダウン結合の問 題に対する我々の解決法は硬い耐応力性のある金属の層を必要とする。そしてア ース面上に０．２５〜３．５ミクロンの範囲の好ましくは３ミクロン圧のモリタ ンタリウムの使用は適当なノイズ制御を維持し、割れを阻止する。

１．８ミクロン以下のアルミニウム金属層では実験的に脆く時折りラックを生ず ることがわかる。次の金属層は２゜５％のタンタリウムを有する３ミクロンのモ リ、タンタリウム層である。純粋なモリブデンはモリタンタリウムよりも導電性 が良い。タンタリウムの濃度が増加すると本質的に導電性は下がる。我々はアル ミニウムに対して至るところ垂直に存在する導体としてモリタンタリウムを使用 する。

これはアース面の使用に本質的な影響を与えなかった。アース面は唐かれる。

次の層Ｄ１は前に述べたようにシリコン誘電体層である。

好ましくは二酸化シリコンがドープされないこと、但しいくらかは不純物、また はいくらかのドーピングが許される。

我々は前に述べたように等しい層に付着された二酸化シリコンの厚みとして２ミ クロンを持つ他の実施例を使用することを選んだ。好ましくはそれは電圧面とア ース面との間のキャパシタンスを増大するためにより小さく１．５ミクロンの範 囲にするべきである。

次の層は１．Ｏミクロンないし５ミクロンの範囲のアルミニウム、好ましくは１ ．５ミクロン厚の純粋なアルミニウムの層である金属層Ｍ２である。

このアルミニウム層の前にモリタンタリウムの付加的なコーティングを付加する ことが可能である。但し、これは他の実施例にすぎず、我々の実験もそれを使用 することを要求していない。このステップはそれが我々の好まない実施例であり 、削除することができる。これらの層Ｍ１．Ｄ１およびＭ２からなるキャパシタ ンスはそれが我々にバイパスキャパシタの使用を可能にするという点で重要であ る。

それは電圧よりも多かれ少なかれノイズに敏感な他の回路を使用するのを可能に する。なお、その回路はキャパシタ層のキャパシタンスが我々の選んだ実施例の 場合と同様に重要であるとは思われない他の実施例の場合にあけるバイパスキャ パシタの使用を必要としない。キャパシタンスは特にＴＴＬロジックで重要であ り、キャパシタの厚みの上限範囲は２ミクロンである。それは好ましくはより低 いものとする。我々は滑い水の問題を減少しＭ２上のＭｏ　Ｔａ層を除くために 前記範囲の上端を選んで使う。ＴＴＬパーツのバルクがチップのほぼ中央に電圧 とアースを持っているものとする。チップは約４５００ミクロン平方のエリアに 嵌まる。我々の結合パッドはチップの端にある。これはチップ上の電圧パッドに 電圧を走らせる３００ミクロン長の通路を設けなければならないことを意味する 。それはＴ丁Ｌチップがそのように設計されなければならないということを意味 してはいない。実際、パッドを中央から脇へ持ってくることは便宜上可能である 。

ウェハそれ自身の製造に戻ってみると、第２の金属層Ｍ２は我々の好ましい実施 例ではシート電圧層である。それは付着されているものとして前に述べたキャパ シティブな層の頂部にある。再び、我々の好ましい実施例において、我々は第２ の層として１．５ミクロンのアルミニウムだけを付着する。他の実施例としては 、第１の層は０．３ミクロンのモリタンタリウムが付着され続いて１．５ミクロ ンのアルミニウムが付着される。モリタンタリウムの薄い層による利点はそれが 丈夫であってかつ外部から壊れ難くするこということであり、より薄い０１層の 使用を行なわせるということである。しかし、この利点は２つの非類似の金属を 持つ金属層のエツチングが困難であり、第２の金属層がエツチングされるので、 このモリタンタリウムｒ４壁が削除されているということである。第２の金属層 Ｍ２は電圧面として使用される導体層である。第２金腐層はマスクされ、エツチ ングされ、ストリップされ、そしてキャパシタが引き続（処理の前にテストされ る。

次に、電圧面の頂部に２ミクロン厚の絶縁体Ｄ２が付着される。その絶縁体は厚 いが、好ましくは２ミク０ン、またはそれよりわずかに大きくてもよい。その範 囲は低キャパシタンスとその層に穴をエツチングし、それを用意するのにかかる 時間を最小になす能力との最上の折衷案として選ばれる２ミクロンを含む１ミク ロン〜２．５ミクロンである。絶縁体層を形成するのに化学蒸着では、かなり時 間がかかる。絶縁体は好ましくは二酸化シリコンであるが、窒化シリコンでもよ い。信号ラインである次の金属層のラインに沿ったリニアなキャパシタンスは電 圧面と信号面との間のキャパシタンスを最小にするのに望ましい。これは信号の 遅延を小さくする。

次の層は金属層Ｍ３、すなわち第３の金属層であり、第１２図に示されているよ うに、外界に対し外部接触させるのに使用される層である。この金属層は１ミク ロンのアルミニウム厚であり、エツチングされるまで全表面を横切っている。こ れは第１図において、東西にまたは水平方向に走る信号に主として用いられる第 １の相互接続層である。

このアルミニウム信号層の頂部に我々はモリタンタリウムの尋いコーティングを 付着する。我々はアルミニウムと後で詳述する合成アモルファスシリコン層であ る次の層との間の障壁層としてモリタンタリウムが十分に芸能するということを 突き止めた。これはモリタンタリウムの非常に薄いコーティングであり、その範 囲は好ましい厚み０，１５−ミクロンを含む０．１ミクロン〜０．２ミクロンで ある。

０．１５ミクロンのモリタンタリウム（９７，５％のＭＯと２．５％のＴａ）は 障壁層として働く十分な厚みの二重金属層をエツチングするという問題を減じる 好ましい薄い層の間の好適な中間物として使用される。障壁金属は少なくとも０ ６１ミクロンの厚さである。もし二重金属層のエツチングが改善できれば、この 金属層をわずかに大きくすることが可能となろう。次の層、すなわち他の絶縁体 層は合成の絶縁体であり、それは０．５ミクロンないし１ミクロン、好ましくは ０．６ミクロン厚の二酸化シリコンの第１の層Ｄ３からなり、アモルファスシリ コンがそれに続く。

Ｄ３はアモルファスシリコンが付加される前にマスクされ、エツチングされスト リップされる。

我々が発見したこの合成誘電体のアモルファスシリコン部分は、たとえ他の実施 例でアモルファスシリコンが使用できたとしても、それを合成層とすることによ り改善できる。アモルファスシリコンの３層は我々の好ましい実茄例である。１ ミクロンの二酸化シリコンの上に、いわゆる０゜２５ミクロンのドープされてい ないアモルファスシリコンを使うことが可能であるが、我々はエツチングに大き な改良が存在すること、および二酸化シリコン層Ｄ３を非常に小さな穴を有する ０、６ミクロンの層として使うことによって遂行できることに気付いた。これは 頂部に水素をドープしたアモルファスシリコンのアモルフ？スシリコン層ＡＦで コートされ、続いて０．２２ミクロンのド“−ブなしのアモルファスシリコンで 、次にドープされたアモルファスシリコンの０．２４ミクロンでコートされる。

これらの各層の範囲は０．２ミクロンないし０．３ミクロンである・アモルファ スシリコン層はそれから最後または頂部の相互接続層Ｎ４が付着される前にＤ　 １　／Ｄ　２のためにマスクされ、エツチングされ、ストリップされマスクされ エツチングされそしてストリップされる。Ｍ４は障壁金属としてＡＦ層の頂部上 のｏ、１５ミクロンのモリタンタリウムとそれに続（１ミクロンのアルミニウム からなる。Ｍ４はマスクされエツチングされストリップされる。この層は一般に 垂直または南北の相互接続に使用される。この時点で中間的なテストが可能で′ ある。

二酸化シリコンの他の誘電体層Ｄ４がＭ４の頂部に付着されている。これは表面 を化学的に反応しないようにする層であり、０．５ミクロン厚が好ましい。次に 、これは最後のペデスタル金属層Ｍ５．Ｄ４を付着する前にマスクされエツチン グされストリップされる。Ｄ４はＭ５層のエツチングを止めて、そのエツチング が障壁層としてｆｉ＜Ｍ４またはＭ３をエツチングするのを阻止する。

最後のペデスタル金属層は３ミクロンのアルミニウム層である（すべてのアルミ ニウムは１％銅ターゲツトの同一アルミニウムで付着できる）。このペデスタル レベルは結合点を上げる。そのため結合治具はどんなところの結合用地にも設置 できる。

発明の種々の特徴が当業者に必ずしも明白でないということは理解される。当業 者に知られている種々の言葉が使われているが、成る言葉について理解すること は有益であろう。特別な例として我々はモリタンタリウム（Ｍｏ　Ｔａ　）を障 壁層として使用した。障壁層とは１つの層を他の層から分離する否であり、２つ の非類似の材料を結合するのに好適に役立つ層である。ＭＯ７ａはエツチングを 必要とするいくつかの実例において知られている他の障壁材料で置き換えてもよ い、１つの例としては第１６図に示されるＭ３と・Ｍ４に隣接する障壁としての ＭｏＴａをチタニウムタングステン合金で置換えるようにしてもよい。ワイヤ結 合はここで使用する特別な言葉である。ワイヤ結合とリード結合は当分野で使用 される用語であり、それらは同ＲｇＪである。ここではワイヤ結合ステップとも 呼ばれるリード結合ステップにおいて、集積回路上の結合バッドをウェハ上の結 合バンドに接続するためまたはウェハ上の結合パッドをヘッダ上の結合パッドに 接続するために集積回路とウェハ導体との間に電気的接続が与えられる。通常、 集積回路のワイヤ結合において、シリコンチップのコンタクトエリアとパッケー ジリードとの間に金またはアルミニウム線を、取付ける熱圧縮または超音波結合 技法を使って集積回路とパッケージリードとの間に電気的な接続が施される。こ れはこの出願における言葉の意味である。しかしながらバツケージリードの代わ りに、ウェハに前記回路を、またはヘッダにウェハを接続するのにそのような接 続がなされる。

熱圧縮によるリードもしくはワイヤ結合という言葉の中にはボール結合および撲 結合として知られた１１ヘツデイングがある。それらのどちらも本発明を実行す るのに使用できる。しかしながら、通常、我々は超音波結合を使用するのを選ぶ 。超音波結合デバイスでは高周波交流電流によって駆動される磁歪変換器の急激 な膨張と収縮によって弾性分動が形成される結合チップはそのｔｉ　ｖＪｆ　召 かされる材料、好ましくはアルミニウム線へ伝達するように働く。

第１６図の開示はＭ３、Ｄ３およびＭ４の底からとった層を示している。Ｄ３は Ｓｉ　０２層とＡＦ層から構成される二重の層であり、ＡＦ層は好ましくはαく アモルファス）シリコンである。Ｓ　ｉ　０２層の規則は他の、および好ましい 実施例において、逆にしても改能を達成できる。しかしながら、好ましい他の実 ｍ例が第１７図に示すように採用されると、ＡＦ層は厚さにおいて一層均一にな り、きれいなインターフェイスを与える。これは特別なマスクで、アンチヒユー ズ細孔を設け、そのアンチヒユーズ細孔の寸、法号制限するのに特に有益である 。なおアンチヒユーズ細孔は特別なエリアに対するプログラムの結果である。こ の実施例ではアンチヒユーズ細孔は１ミクロンの幅で作ることができる。

第１６図の開示は答Ｍ１．Ｄ１およびＭ２によって成就されるキャパシティブデ バイスの好ましい実施例を示している。Ｍｌは二重層である。ＭｌのＭｏＴａは 結合圧力から生じかつＤｌを通してアルミニウム層をショートさせるＤ１層の破 壊を解決する。キャパシティブ効果はＭｏＴａ層を逆にし、それをＭ２層の底部 まで変位することによって達成できる。もし、それが十分な厚さであれば、破壊 や割れは低減されるであろう。しかし、そのような層のエツチングは難しいので 、引き続く処理に本質的な損失がある。

ｊｙｌｏＴａのスキン効果はＭＯＴａ層で高周波の減衰を生じさせ、ウェハの動 作中に電気的なノイズを消滅させる。

８１０２層の破壊を防止する厚いＭｏＴａ層の使用が開示されているが、これは Ｄ２とＤ３を保護するためにも使用できることに注目されたい。しかしながら、 実験者はこれはそのような厚い層がエツチングする場合に生じる間接的な問題の ために、あまり実際的ではないということに気付くであろう。もっと上の台での 解決は破壊が生じるのを許容することである。引き続くステップにおいて適当な マスキングとエツチングをした後に金１２１１は周囲のエリアに形成されたパッ ドを連結する残留金属ブリッジをエツチング取りすることによって孤立化され、 その結果、形成されたパッドは孤立化され、もはや残留金属ブリッジによって周 囲のエリアと接続されない。形成されたパッドのこの孤立化は既述してきたよう に、またさらに後で述べるようにペデスタルを発育させるのに有用である。

パッドは適当なマスクの使用と、パッドを囲む材料をエツチング取りすることに よって形成される。パッドは使用されないものであっても孤立化されペデスタル を形成するべき高レベルを保持するように維持される。ペデスタルはＭ５層で頂 上化されるが、直接のペデスタル層を発育するというよりはむしろペデスタル層 状に積み上げられる。Ｍ５は高さを維持するためにパッドを孤立化する前に付着 した層の上に施される。Ｍ５はウェハ上の材料の中で最も高い層であり、したが って好ましくは、それはＤ４の後、引き続いて付着され、ウェハの導体頂部がＤ ４上に延びるよペデスタル層は約２ミクロン厚であり、ペデスタルの頂部第１８ 図はウェハの他の好ましい実施例を示しており、そこではアンチヒユーズ細孔が 示されているが、ペデスタル層は付着されていない。

ワイヤ結合は「アップ」または「ダウン」が可能であって、ワイヤアップ結合お よびワイヤダウン結合という言葉は知られている。その２つの間の差１よ結合動 作のシーケンス手順にある。ダウン結合ではワイヤがまず高い表面に結合され、 続いて下の表面に結合される。アップ結合は、その逆のシーケンスでなされる。

ダウン結合はチップからウェハへの通常シーケンスで好まれる。なぜならアップ 結合ではワイヤがもっと弛んだり、長い距離がカバーされるとショートという電 位的な危険があるからである。しかしながら、閉じた接続では、しばしばアップ 結合が必要である。

ウェハからヘッダへのアップ結合は通常行なわれることであるが、ワイヤはダウ ン結合も可能である。ワイヤ結合というのは使用される一般的な言葉であり、そ れはリード結合と等価である。ウェハにダウンされたパッドフェイスであるチッ プを使用する結合方法を選択することは反対である。これらの選択的な方法はフ リップチップまたはビームリード結合と呼ばれる。これらのフェイスダウンプロ セスがパッケージリードを集積回路チップのフェイスダウン面に接続する。そし てどちらの場合でもダイがフェイスダウンに当接され単一のソースでマツチング リードパターンまたはパッケージ上のリードパターンに結合される。好ましい実 施例では、チップはまずダイ当てされ、す・なゎら結合材料を持ったウェハに当 接され続いて所定の箇所でワイヤがチップ上のパッドとウェハとを相互接続する ように結合される。

前述のことは既述した発明の詳細な開示を構成するが、開示はここに添付した請 求の範囲にも続く。

ここでクレームされている発明と発見は種々の例について述べられている。クレ ームされた組合わせは特別な例、特別な例の組合わせ、および特別な例の部分の 組合わせを含んでいる。この記載を回顧した後、当業者は現在および将来、クレ ームされている発明および改良ならびにそれらの組合わせに均等な修正や変形を 心に描くであろう。そのような修正は我々の発明の発明力ある特質を利用してい る場合、請求の範囲内に入ると考えられるであろう。これは新しい科学技術であ り、この開示は我々の開示前に可能だったものを加えて広がっている確信される 。

ＦＩＧ−３ ＦＩＧ−５ ＦＩＧ−６ ＦＩＧ−８ ＦＩＧ−１２ ＦＩＧ−１６ ＦＩＧ−１７ ＦＩＧ−７８ 国際調交報告

Claims (40)

【特許請求の範囲】
1. １．第１の金属基部層、 第２の金属層、 中間誘電体層、 第３の金属層、 とからなり、加えられる結合の圧力の下での破壊に対する抵抗力のあるキャパシ ティブデバイス。
2. ２．前記第２の金属層が前記誘電体層を通してショートを引き起こす応力を阻止 する金属で形成されている請求の範囲第１項に記載のキャパシテイブデバイス。
3. ３．ウエハに形成されたキャパシティブデバイスであって、 第１の金属基部層、 第２の金属層、 および前記第１、第２金属層間に形成された誘電体層とからなり、前記誘電体層 は複数の相次ぐシリコン誘電体付着の合成体として前記基部層上に形成されてお り、そのシリコン誘電体付着の各々は前記合成体におけるピンホールを回避する ように分離して付着されているキャパシティブデバイス。
4. ４．電気回路のためのアンチヒューズデバイスであって、第１の金属導体、 第２の金属導体、 および前記導体間によって通常は誘電体であるが電位に応答して前記第１導体か ら前記第２導体に電気的な導通路を形成するアンチヒューズ層からなり、前記ア ンチヒューズ層は第１のドーブされたアモルファスシリコン層と、第２のドーブ なしのアモルファスシリコン暦と、第３のドーアされたアモルファスシリコン層 を含む合成サンドイツチ層からなるアンチヒューズデバイス。
5. ５．前記ドーブされた層には水素がドーブされている請求の範囲第４項に記載の アンチヒューズデバイス。
6. ６．前記デバイスは二酸化シリコン、窒化シリコン、およびシリコンを含むシリ コン塩からなるグルーブから選ばれた付加的な誘電体層を含んでいる請求の範囲 第４項に記載のアンチヒューズデバイス。
7. ７．前記ドーブされたアモルファスシリコン層は０．２〜０．３ミクロンの範囲 の厚みをもって付着されており、荊記ドーブなしのアモルファスシリコンは０． ２〜０．３ミクロンの範囲の厚みをもった付着物である請求の範囲第４項に記載 のアンチヒューズデバイス。
8. ８．集積回路のためのサブストレートであって、シリコンウエハ、 第１の導電性部材、 第１の絶縁部材、 第２の導電性部材、 およびネットワーク分配手段、 とからなり、前記導電性部材の少なくとも１つは前記ウエハ上の２金属層であり 、第１の高導電性金属層と前記絶縁部材に隣接して設置された第２の硬い導電性 金属層を持っており、そして前記硬い導電性金属層と絶縁部材は第１の高導電性 金属層と前記第２の導電性部材との間のショートを阻止するように作用するサブ ストレート。
9. ９．前記分配手段はネットワークと、該ネットワークにおける接続点のためのプ ログラマブルなアンチビューズとを含んでいる請求の範囲第８項に記載のサブス トレート。
10. １０．前記ネットワーク分配手段は信号パッドと電力パッドとを含んでおり、そ して前記パッドの少なくともいくつかは電気的な接続用のコンダクトポイントを 形成するペデスタルとして形成されている請求の範囲第８項に記載のサブストレ ー卜。
11. １１．集積回路のためのサブストレートであって、ネットラインおよびパッドラ インの網状配列と、パッドフインをネットラインに接続するためのアンチヒュー ズ接続手段とを含む支持基体ネットワーク分配手段からなるサブトレート。
12. １２．前記アンチヒューズデバイスはアモルファスシリコンで形成されている請 求の範囲第１１項に記載のサブストレート。
13. １３．付加的な回路と予め形成された回路とのハイブリッドシステムを形成する ための、前置作成プロセスにむいてウエハに形成された前置作成回路とウエハに 結合された付加的な回路との組合わせを含んでいる請求の範囲第１１項に記載の サブストレート。
14. １４．ウエハおよび外部回路に接続されるように適合された多層デバイスと、外 部からウエハに電力とアースを与える前記多層デバイス上の手段と、結合点を外 部回路に結合するためのポイントに相互接続するラインに結合された多層デバイ ス上の複数の結合点を含み前記ウエハ上の信号ラインを外部ネットワークに相互 接続するための手段と、からなるウエハヘッダ。
15. １５．ウエハと、 前記ウエハのためのヘッダと、 からなる電子システム。
16. １６．前記ウエハは該ウエハ上の相互接続マトリックスを介してヘッダに接続さ れたウエハ上の少なくとも１つの集積回路を有しており、そのマトリクスは前記 ウエハ上の選択されたラインに結合された信号およびアースポイントを有してい る請求の範囲第１５項に記載の電子システム。
17. １７．前記第２の硬い導電性金属はモリブデンタンタリウムの合金である請求の 範囲第８項に記載の基体。
18. １８．プログラマブルな相互接続層と、前記プログラマブルな相互接続層のいず れかの面上の第１および第２の導電層と、 からなり前記第１および第２の導電層の各々は前記プログラマブル層に隣接した 障壁金属層を有しているプログラマブルデバイス。
19. １９．所望の回路を形成するために作成時に複数の金属層と絶縁層を交互に付着 し、引き続く層をマスキングしかつエッチングするウエハスケールデバイスを製 造する方法。
20. ２０．前記金属層はアルミニウム，金，銅，モリブデン，タンタリウム，Ｔｉ， クロミニウム，タングステン，合金，およびそれらの合金金属と合金との合成層 を含むグルーブから選ばれた金属で形成される請求の範囲第１９項に記載の方法 。
21. ２１．絶縁層がポリマ，シリコン，および二酸化シリコン，窒化シリコン，アモ ルファスシリコンを含むシリコン塩を包含するグループから選択される請求の範 囲第２１項に記載の方法。
22. ２２．既述されたステップを有ずるモノリシックウエハを形成する方法。
23. ２３．相互接続システムをダイコンタクト用地に結合するための結合用地を持っ たウエハ上に付着された相互接続システムによって形成された複数の相互接続さ れたダイを有するシリコンウエハからなるモノリシックウエハ。
24. ２４．１つのダイの選択されたコンタクト用地を前記ウエハ上の他のダイの選択 されたコンタクト用地に結合するアモルファスシリコンプログラマブル手段を相 互接続システム内に含む請求の範囲第２３項に記載のモノリシックウエハ。
25. ２５．物理的には相互接続システムに結合され電気的にはその相互接続システム を介して他のチップもしくは完全なシステムを形成するべくモノリシックウエハ のダイに結合される、相互接続システムに結合されたダウン結合チップが存する 請求の範囲第２３項に記載のモノリシックウエハ。
26. ２６．結合ペデスタルとして設けられたウエハ上の表面に結合コンタクト用地と プローブコンタクト用地が存する請求の範囲第２５項に記載のモノリシックウエ ハ。
27. ２７．結合コンタクト用地が前記ダイのコンタクト用地に結合されるウエハの表 面の下の結合コンタクト用地にシステムを通して接続されているウエハの表面上 のプローブコンタクトが存する請求の範囲第２３項に記載のモノリシックウエハ 。
28. ２８．ウエハの表面に複数の結合コンタクト用地があり、その２つまたはそれ以 上の結合用地は電気的接続によって相互接続されている請求の範囲第２３項に記 載のモノリシックウエハ。
29. ２９．相互接続システムの結合コンタクト用地からモノリシックウエハに対する 外部回路への外部回路接続リードが存在する請求の範囲第２３項に記載のモノリ シックウエハ。
30. ３０．電力およびアース分配手段の間にシートキャパシタを含む請求の範囲第２ ３項に記載のモノリシックウエハ。
31. ３１．前記金属層はモリタンタリウム合金である請求の範囲第１項に記載のモノ リシックウエハ。
32. ３２．前記金属導体はＭＯＴａを含んでいる請求の範囲第４項に記載のデバイス 。
33. ３３．前記ダィの金属層はモリブデン，タンタリウム，クロミニウム，タングス テンおよびそれらの混合物と合金を包含するモリブデンタンタリウム金属を含む 金属で形成されている請求の範囲第１項に記載のデバイス。
34. ３４．ウエハ上に作成された集積回路であって、基体シリコンサブストレートと 、 アース面を与えることができる１つの導体層と相互接続ラインの網状ネットワー クに電力を与えることができる他の導体層とを有し基体シリコンサブストレート 上に該サブストレートを横切って層形成されたキャパシティブデバイスと、 ウエハに組み込まれたノード回路第形状と、からなる集積回路。
35. ３５．サブストレートに作成された回路デバイスであって、 基体サブストレートと、 その上に基体サブストレートを横切って形成されたキャパシティブデバイスと、 その上に層形成され相互接続の選択的プログラミングによって相互接続ラインに 対しウエハに組み込まれる能動回路のための相互接続ラインの網状ネットワーク と、からなり、前記相互接続は相互接続されるライン間におけるアモルファスシ リコンエリアの状態を変えることによって行なわれる回路デバイス。
36. ３６．前記基体サブストレートはシリコンウエハであることを特徴とする請求の 範囲第３５項に記載の回路デバイス。
37. ３７．前記基体サブストレート上に１つの導体層と絶縁層と第２の導電層を有す るキャパシティブデバイスが層形成されてむり、導電層の１つはアース層であり 、他は電力層である請求の範囲第３５項に記載の回路デバイス。
38. ３８．前記デバイスは金属と誘電体よりなる基体サブストレート上の層で形成さ ており、その金属はモリブデン，タンタリウム，クロミニウム，チタニウム，タ ングステン，アルミニウム，金，窮，およびその混合物と合金を含むグルーブか ら選ばれ、誘電体は有機体ポリマ，シリコンおよび二酸化シリコン，窒化シリコ ン，アモルファスシリコンを包含するシリコン塩を含むグループから形成されて いる請求の範囲第３５項に記載の回路デバイス。
39. ３９．デバイスの表面にプローブ用地がありこのプローブ用地はデバイスを通し てデバイスの表面下の結合コンタクト用地に接続されており、また結合コンタク ト用地が集積回路のコンタクト用地に結合されている請求の範囲第３５項に記載 の回路デバイス。
40. ４０．請求の範囲第２２項に記載のプロセスによる製造品。