JPS61501357A - 集積回路チップアセンブリ - Google Patents

集積回路チップアセンブリ

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JPS61501357A
JPS61501357A JP60501023A JP50102385A JPS61501357A JP S61501357 A JPS61501357 A JP S61501357A JP 60501023 A JP60501023 A JP 60501023A JP 50102385 A JP50102385 A JP 50102385A JP S61501357 A JPS61501357 A JP S61501357A
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ヌグ,ウオツク ウオツク
ツエ,シモン ミン
タイ,キング リエン
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アメリカン テレフオン アンド テレグラフ カムパニ−
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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】 集積回路チップアセンブリ 本発明は集積回路技術に係る。
本発明の背景 処理速度及び蓄積容量の両方の点に関し、計算及びデータ処理パワーに対する次 第に増しつつある要求を満すため、計算機の設計は要素及びアセンブリをますま すコンパクトに配置する方向で発展してきた。たとえば、R,F、Bouner  (アール・エフ・バウナ)らによる「高動作効率計算機応用のだめの進んだプ リント回路ボード設計J (Advanced Pr1nted −C1rcu it Board Designfor High −Performance  Computer Applications )I BM Journal  of Re5earch and Development <フィービー・ エム・ジャーナル・オブ・リサーチ・アンド・ディベロップメント)、第26巻 、第3号、1982年5月、297−305頁に述べられているように、多くの いわゆるパッケージレベル(パッケージというのは一連の構造的に同様の要素又 はアセンブリと定義される)に、注意が向けられてきた。
注意はまた、要素及びアセンブリを相互接続する方法にも向けられてきた。たと えば、c、w、Ho(シー・ダヴリュ・ホー)らは「高効率半導体パッケージと しての薄膜モジュールJ (The Th1n −Film Modele a s aJournal of Re5earch and Developme nt (アイ“ビーエム・ジャーナル拳オブ・リサーチ・アンド・ディベロップ メント)、第26巻、第3号、1982年5月、287−296頁で、薄膜伝送 線に固着されたシリコンチップの°多チップモジュールについて議論している。
シリコン技術における高デバイス密度を実現するための初期の提案の中で、P− Kraynak (ビー・クラヤナク)らは、「大規模集積のためのウェハーチ ップアセンブリ」(Wafer −Chip Assembly for La rge −ScaleIntegration ) IF、、BE Trans actions on ElectronD6vic@s、(アイイーイーイー ・トランスアクションズ・オン・エレクトロン・デバイセズ)、第ED−15巻 、第9号、1968年9月において、シリコンチップがシにボンデングされる例 を述べている。
発明の要約 集積回路チップは単結晶キャリヤ基板上に配置され、電気的に相互接続される。
シリコンは好ましい基板材料である。
本発明の一視点に従うと、キャリヤ基板上への少くとも一チップの配置は、前記 少くとも1個のチップの傾斜した少くとも1個の側壁を、キャリヤ基板中の井戸 、溝、又は開口のような表面くぼみの傾斜した壁と並置することを含む。基板及 びチップ材料は結晶学的に両立し、本質的に単結晶材料で、それらは本質的に同 じであることが望ましい。傾斜した壁は異なる結晶方向に異なる速度で働く結晶 学的に異方性のエツチングにより作られる。
エッチされた表面とエッチャントに露出されなかった表面の間に、90度以外の 角度が生じる。典型的な場合、チップの配置はたとえばチップが溝又は4つの側 壁井戸中に配置された時、二又は口封の傾斜面間で整合することを含む。
電気的な接続は傾斜壁土の7甑により行えるかあるいは接続はチップ及び基板を 分ける一部いし複数の導電路により作れる。
本発明の別の一視点に従うと、アセンブリは少くとも一つの集積回路チップを含 むように作られ、その能動表面はウェハの最上面まで及ぶ。導電性パッドはマウ ントされたチップの最上表面の中央部分に配置される。ウェハの最上面及び付随 したチップの周辺部を除く全体が、耐エッチ1で被覆される。続いて、各チップ はエッチされ、デバイスの能動領域とウェハの最上面間に傾斜した端部が形成さ れる。標準的な適切な集積回路製作技術を用いることにより、導電性パターンが 、ウェハの最上f上及びチップパッドを他のチップ上のパッド又はウェハの周辺 に沿って配置された導電性端子又は両方に接続するため、傾斜端部の少くとも一 つの上に形成される。ウェハの大きさのアセンブリは通常の方法により更に処理 (たとえば、封入)され、有利な動作及び価格特性を示すモノリシック要素とし て使用される。本発明の別の実施例において、上で述べた型の少くとも一つのチ ップが、ウェハの各側にマウントされる。加えて、ウェハの二つの側の上にマウ ントされたチップ間に、接続が作られる。
このようにして、特にコンパクトで高密度のウェハサイズのアセンブリが実現さ れる。
本発明の更に別の視点に従うと、アセンブリはウェハの底面側にマウントされた 少くとも1個のチップを含むように作られる。導電性パッドはマウントされたチ ップの最上表面の中央部分に配、置される。次に、ウェハは中央部分、従ってマ ウントされた各チップの導電性パッドと位置合せした傾斜壁貫通孔を形成するよ う、パターン形成される。続いて、標準的な集積回路裏作技術を用いることによ り、各チップの導電性ピットを他のチップ又はウェハ周辺付近の最上面上の導電 性パッド又は両方に接続するため、ウェハの最上面及び傾斜壁土に導電性パター ンが形成される。このように作られたウェハサイズのアセンブリは、通常の方法 で更に処理(たとえば封入)され、電子システム中に含めるモノリシック要素と して利用できる。
図面の簡単な説明 第1図は回路チップの一部の概略断面図、第2図はウェハの一部の概略断面図、 第3図は並べて堆積させた接地用金属層及びパワー用金属層を示す集積回路アセ ンブリの寸法を縮小したe、略平面図、 第4,5及び6図は製作の異なる段階における集積回路アセンブリの概略断面図 、 第7ないし14図はアセンブリの具体例の部分を相互の比率は異って示した概略 図、 第15ないし24図はアセンブリの具体例の部分を相互の比率は異って示した概 略図でちる。
詳細な記述 以下の用語は本発明の記述において特に多く用いられるもので、それらの意味は 下のとうりである。
基板は支持が無い場合には強固さが不十分であったり、空間的な配置が支持の存 在に依存する材料対象物に対する支持として働く表面を有する材料基体である。
基板は典型的な場合、プレーナ構造を有するものに比べ、比較的薄い。
キャリヤ基板及びチップはそれぞれ比較的大きい寸法及び小さい寸法の基板と相 互に定義され、そのため複数のチップがキャリヤ基板に固着できる。
集積化された回路は基板により支持された微細化された電気回路である。
いうのは、本質的に単結晶材料中の結晶方向に依存して異る速度で表面物質を除 去する化学プロセスである。
チップ上及び基板上への回路の電気的相互接続を容易にするように、キャリヤ基 板上にチップを配置するという点において、基板材料の少くとも一部及びチップ 材料の少くとも一部に、選択エツチングが適用される。そのような部分はここで は基体部分と呼ばれ、基板及びチップがたとえばデバイス、回路及び受動要素と いった基体以外の部分を成すと理解される。
第1図はチップ1.7也パッド3を有する集積回路2、絶縁層4、たとえば本質 的にTi −Pd −Au又はCr −Cu−Au 合金から成るようなはんだ として溶融しうろことが望ましい金属電極15及びはんだ金属6を示す。チップ 1の斜め研磨した部分は、少くとも5. I X 10−3cIn(2ミル)の 深さを有することが好ましい。
第2図は電気的な接地電極として働き、表面で高濃度にドープされたキャリヤ基 板7、絶縁性酸化物層8、パワー供給用金属導電体9、X侶号金属導電体10s y信号金属導電体11、金属電極ストライプ12、ポリマ絶縁層13、たとえば シリコン窒化物で作られたキャップ層14及びはんだ金属層15を示す。導電体 9.1o及び11の材料は典型的な場合、アルミニウムで、金属層−Au 合金 から成る時、はんだとして溶融することが好ましい。金属部9、酸化物層8及び 基板γは金属−酸化物一半導体非結合容量を形成する。電気的接触ストライプ1 2はX−導電体1oに接続されるように示されており、他の電極ストライブ(図 示されていない)はパワー供給源9又はy−導電体13に接続してもよい。
第3図はチップ1に対するキャリヤ基板として働くつエバ7、接地金属層16及 びパワー用金属層17を示す。
接地及びパワー用金属部から各チップへの容易な接近法がらり、必要ならばより 精巧な金属パターンを用いてもよい。たとえば、接地及びパワー用金属部の狭い ストライプを、チップのいずれの測からの接地又はパワーに対する接近を容易に するため、少くとも部分的にチップの周囲まで延ばしてもよい。
接地金属層16は高ドープシリコン基板7に電気的にff1fUされ、パワ一層 17ばたとえば第2図に示された層8のような薄い絶縁層上に堆積される。
チップ1及び第2及び第3図中のキャリヤ基板7の材料は同じであり、選択エツ チングが容易である本質的な単結晶材料が好ましい。シリコンはそのような材料 の基本例で、水酸化カリウムがこの場合の匣利なエッチャントである。(マスク あわせのためのシリコンのエツチングについては、米国特許第4.470.87 5号に述べられている。)他の適当な材料としては、ガリウムひ素及びガリウム ひ素インジウムリンのようなm−■半導体化合物がある。
好ましい実施例において、パッケージに入っていないシリコンチップが、キャリ ヤ基板として働くシリコンウェハ上にマウントされる。チップ間接続は、5−1 5μm@の導電路を有する二相の侶号網、パワープレーン及び接地プレーンによ り行われる。プレーンを絶縁するために、低誘電定数を有する(感光性ポリイミ ドのような)元で規定できるポリマが用いられる。
チップ及びウェハを相互接続する方法には、ワイヤボンディング、テープ自動ボ ンディング又ははんだパッド上の9フリップ−チップIはんだボールのような技 術が含まれる。更に、第1及び2図に示されるように、チップ上のはんだ金属の セルファラインマイクロストライプが、ウェハ上のr81i]様のストライプを 接続するために使用できる。
本発明の好ましい実施例に従うと、シリコンウェハ及性湿式エツチングにより、 精苫に方向をあわせた斜めの側面((111)面)を有するチップを製作するこ とが可能で、得られる斜面は、54−55度の角度をもつ。
これらは斜面及びウェハ面間が126−125度の角度であるシリコンウェハ中 の整合された斜め井戸中に挿入される。
チップ及び井戸の斜めの酸化物上のマイクロはんだストライプは、CVD堆積、 蒸着又はスパッタによるたとえば非プレーナリソグラフィの可能なAg 2.。
Ss /Geo、+5seo、asのようなレジスト中に規定できる。斜め研磨 したチップがウェハ中の対応する井戸中に入れられた後、チップ上及び井戸の壁 の上のマイクロはんだストライプは、はんだを再び流すことにより溶融させるこ とができる。
抵抗、容量及び結晶発振器のような受動要素を、ウェハ中の井戸にあわせた同様 に斜め研磨したシリコンプラグ上にマウントすることにより、シリコンウェハ中 に挿入することができる。更に、光ファイバをたとえば光検出器又はレーザを乗 せたチップ上で終端させてもよい。
斜め研磨したシリコン面はまた、相互接続の変更又は特注用への修正に使用する こともできる。井戸によっては、相互接続、変更又は回路上の修復が可能なよう に、ウェハの厚さ全体に渡って横切ってもよい。
10.2cn1又は12.7 crn(4″又は5“)のシリコンウェハを用い た時、一つのつ、エバはサブシステム又はシステムを形成するため、プリントさ れたワイヤ永−ドに代ることができる。このことは高チップ充てん密度が短い平 均相互接続長、短遅延時間及び低容量及びパワー消費を可能にするため有利であ る。ボンディングワイヤのインダクタンスにより誘導される同時にスイッチング した時の雑音が除かれる。
セルファラインのマイクロはんだストライプ技術は、チップ充てん密度を犠牲に することなく、チップ当り400−800 I10チャネルの入力/出力を可能 にする。
ここで提案した全シリコン系は、シリコン、セラミックス及びプリント回路ボー ド材料間の熱不整による現在の温順性の問題を軽減し、シリコンの高熱伝導率は 、要素の過熱の危険性を最小にする。
応用の一例は相互に積み重ね、それぞれのウェハは高密度のメモリチップの7レ イを有する0メモリパツク′である。そのようなパックはランダムアクセスメモ リの速度とディスクのマス蓄積容量を増す。
系全体は計算器補助設計プロセスの存在により設計が可能で、計算器補助試験が 行われる。I10能カ及びチップ充てん密度が急激に増すことにょシ、系構成の 新しい機会ができるはずである。チップを1衰えさせる′心配が除かれるから、 チップ当シの回路数を増す必要性は小さくなる。従って、チップサイズが減少す るとともに、歩留りは増す。更に、サブミクロンの設計側でょシ速くなった回路 が、チップサイズの縮小とともに製造可能となる。
第4.5及び6図は、基板18、チップ19、絶縁性充てん剤20及び電極バッ ド22を有する集積回路21を示す。
第5及び6図は更に、平坦化した絶縁層23、導電体24及び電極バッド25を 示す。
第6図は更に1平坦化した絶縁層26及び導電体27を示す。
第4−6図中の基板18及びチップ19は同じもので好ましく、シリコンはその ような材料の基本例である。
特に、シリコンの場合、(100)面の異方性湿式エツチングによシ、精密に方 向づけられた傾斜側面(すなわち(111)面)を有するチップを製作すること が可能で、54−55度の角度の傾斜面が得られる。sI ウェハ中の整合した 傾斜井戸が、斜面及びウェハ面間の角度126−125度を有するように作られ る。図において、54−55度の角は、チップ19の最上表面19とチップの傾 斜面の間で、126−125度の角はウェハ18の最上表面とウェハの傾斜面間 の角である。
以下の工程は本発明に従いアセンブリを作るのに使用できる。回路は層の堆積と フォトリソグラフィによるパターン形成により、通常の方式で基板のチップサイ ズの部分上に生成される。シリコン窒化物の層は、シリコンウェハの前側及び裏 側に堆積され、フォトレジスト材料の層は裏面のシリコン窒化物上に堆積される 。所望のチップ又は開口に対応したパターンは、光学的にフォトレジスト層上に 投影される。露出されたフォトレジストは現像され、現像されたパターンはたと えば反応性イオンエツチングにより、シリコン窒化物層中に複写される。
シリコンウェハの露出された部分の選択エツチングは、たとえばシリコン窒化物 マスクを用いて、エッチャントとして水酸化カリウムを使用することにより行う と便利である。エツチングはウェハ中に部分的に行われ、あるいは厚さ全体を貫 いて行われる。エツチング速度は典型的な場合51 X I Q−”の(20ミ ル)であるから、ウェハを貫通するエツチングの時間は、7ないし8時間である 。
エッチされたチップは対応してエッチされた溝、井戸、又はウェハ中の開口内に 挿入され、絶縁性粘着剤による固着が便利である。挿入したチップの表面は、ウ ェハ表面と本質的に同−百であることが好ましい。
たとえばポリイミド又は他の光により規定可能なポリマのような平坦化用材料の 層を、アセンブリ全体に堆積させ、下の回路電翫パッドに対応する孔がフォトリ ソグラフィパターン形成によりエッチされ、続いて反応性イオンエツチングを行 う。たとえばアルミニウム金属部のような金属部が形成され、反応性イオンエツ チングによりパターン形成される。
新しい絶縁性回路アセンブリの利点は、以下のとうりである。
1、新しい方式ではワイヤボンディング操作が除かれる。
2、新しい方式では個々のパッケージレベル、たとえばいわゆるDIP又はチッ プキャリヤが除かれる。
3、電子システム又はサブシステムのすべてのチップは一つの操作でパフケージ される。
4、チップ内の任意の場所に配置できる金属部形成用電極により、回路設計が容 易になる。
5、絶縁層の堆積、金属部形成及びパターン形成のくり返しにより、多層金属部 が作られる。
6、基板上のチップの適当な配置式より、チップ間の相互接続距離が最小にでき 、これにより寄生インダクタンス及び抵抗が減少する。寄生容量は絶縁層の厚さ の増加とともに減少する。
第7図は本発明の原理に従って作られるアセンブリの集積化された部分を構成す るウェハ28を示す。ウェハは直径約75ないし150ミリメートル、厚さtが 約0.5ミリメートルの円盤から成ると有利である。たとえば、ウェハ28は単 結晶シリコンウェハから成る。
第8図は先に述べたウェハ28の一部を拡大して示す。
加えて、第8図はボンディング層31により、ウェハ28の最上部に固着された シリコン集積回路チップ29のような微細デバイスを示す。例として、層31は 通常のポリイミド材料又は二酸化シリコン層のような粘着材料から成る。たとえ ば、チップ29をウェハ28と接触いし10ミクロンの厚さにスピン形成させる 。
本発明の原理に従うと、チップ29のような−ないし複数の微細デバイスが、第 17図中に描かれたウェハ28の最上部面に固着される。たとえば、チップ59 は約0.25ないし0.75ミリメートルの厚さで、−辺が約6ミリメードルの 正方形最上面を含む。本発明の用途によっては、100又はそれ以上の多くの各 種の設計及び型のデバイスが、ウェハ28の最上部上にマウントされる。
ウェハ28上にマウントされたデバイスは、最上面及び底面がシリコン構造の平 行な(100)結晶面である単結晶シリコンのウェハから切断されたチップを構 成すると有利である。従って、ウェハ28上にマウントされた各チップの最上面 及び底面も、(100)面にある。
この特定の方向を選択する理由は、製作工程中に含まれるアセンブリのための選 択エツチング工程について述べる時、以下で明らかになるであろう。
本発明の原理に従うと、各種の設計及び型の多数のデバイスが、ウェハ28の最 上部と同様、底面にもマウントできる。このことは第8図に示されておシ、この 場合デバイス30は粘着層32により、ウェハ28の底面にマウントされるよう に示されている。
位置合せマーク(図示されていない)等の標準的な要素が含まれる。多くの比較 的小面積の導電性パッドも含まれる。チップ29上の3個のそのようなパッド3 3.35.37及びチップ30上の3個のそのようなパッド34.36.38が 第8図中に概略的に描かれている。
たとえば、各パッドは1辺が約2.5ないし10ミクロンの正方形表面積をもつ 。
重要なことは、チップ29及び30(第8図)上に含まれる小面積パッドは、最 上面の中心領域の任意の場所に配置できるということである。言いかえると、パ ッドは中心領域の周囲に沿って配置するようには制限されないということである 。従って、第8図に示されるように、パッドのちるものは、中心領域の中央又は それに向って配置できる。このことはチップて必要とされる全リード長を減すた め有利である。その結果、チップから付随した回路に伝搬する侶号が経験する損 失と遅延は、減少する。更に、リード長が減少することと小面積パッドが組合さ り、他の要素て使用できる能動領域がより多く残る。
従って、より高密度の集積設計が容易になる。
図面を複雑にしすぎないように、以後第9−13図の記述に関連した重点は、単 一デバイスチップ29がウェハ28の最上部側にマウントされることに向ける。
しかし、チップ29のプロセスについて言えることは、ウェハ28の最上部にマ ウントされるーないし複数の追加されたデバイスのプロセス及びウェハ28の底 部側にマウントされる少くとも1個の追加された(第8図のチップ30のような )デバイスのプロセスにも適用できることを、理解すべきである。
本発明の一視点に従うと、傾斜端部がウェハ28上にマウントされたデバイスの それぞれに形成される。これらの傾斜端部は各デバイスの中心領域の緑から、デ バイスがマウントされたウェハの側に向けて延びる。これらの端部は特に規定さ れたエツチング工程で形成され、その工程ではウェハ28上にマウントされた各 チップは、所望の傾斜端部を構成する(111)面が現れるよう、選択的にエッ チされる。従って、第9図(これは第10図中の線43に沿ってとったアセンブ リの一部を示す)中で参照用の線39及び4oで示されるように、チップ29上 に形成すべき各端部は、チップ29の最上面に対し・ 54−55度の角で傾い ている。このようにして、チップ2日の最上面の周辺帯は、エツチングにより除 去される。(もちろん、この帯は連続したり、閉じている必要はない。事実、場 合によっては、チップ当り一つの傾斜端部で、本発明の目的を満すのに十分であ る。)一実施例において、この帯の幅W(第9図)は約300ないし1000ミ クロンである。
輪郭が第9図に描かれた傾斜端部チップ29は、チップ29の最上面を選択的に マスクし、次にチップを水酸化カリウムの溶液のような湿式エッチャントに露出 することにより、形成すると有利である。そのようなエッチャントに対する適当 な耐エッチマスクは、たとえばシリコン窒化物で作られる。通常のりソグラアイ 技術でパターン形成されたシリコン窒化物の層41が、第9図に示されている。
加えて、もし第9図のウェハ28かシリコン又は水酸化カリウム溶液でエッチさ れる他の材料で作られるならば、耐エッチ層もまた、マウントされたチップ(又 は複数のチップ)上の、あらかじめ指定された傾斜端部を規定する前に、ウェハ の最上面上に形成される。シリコン窒化物でできたそのような耐エッチ層42が 、第9図に示されている。たとえば、層41及び42は、それぞれ200 nm の厚さである。
チ′ノブ29(第2図)上の先に述べた#4f+端部を形成するのに有利なエッ チャントは、0.8リツトルの水と0.2リツトルのプロピルアルコールに溶解 した約250ダラムの水酸化カリウムから成る。そのような溶液で約3ないし1 0時間エツチングすることにょシ、所望の傾斜端部が形成される。続いて、シリ コン窒化物マスク層41及び42は、たとえば当業者には周知のように、熱リン 酸中で構造をエツチングすることにより、除去できる。製作工程のその時点にお いて、本発明に従って作られるアセンブリは、第10図の透視図で描かれるよう になる。
チップ29のあらかじめ指定された端部の傾きは、厳密でなくてよい。傾斜端部 は単にその上に導電性ランナを形成することを、容易にするだけである。選択エ ツチングは、上で述べたように、そのような傾斜端部を実現する便利で有利な方 法の一つである。しかし、チップ上の傾斜端部を形成するために、他の方法を用 いてもよい。
第11図に示されるように、本発明の製作工程の次の段階は、描かれたアセンブ リの最上表面全体に、絶縁層44を形成することでちる。たとえば、層44は約 1ミクロン層の二酸化シリコンの堆積層から成る。
図面の過度に複雑てしないように、チップ29上の導電性パッド351個だけが 、第11図にはっきりと示されている。しかし、本発明において、1ooo又は それ以上の小面積パッドが、典型的なチップ上に、実際知合まれる。
次に、層44のエツチングを、導電性パッド35と位置合せして、層44中に開 口を形成するために、通常の集積回路パターン形成技術を用いて、標準的な方式 で行う。そのようにして、導電性パッド35の最上面が、第12図に示されるよ うに露出される。
次に、たとえばアルミニウムで作られた厚さ約1ミクロンの導電層がg12図に 示されたアセンブリの表面全体に堆積される。次に、チップパッドから、各チッ プの−ないし複数の酸化物被覆傾斜端部に沿って下り、アセンブリの主最上表面 上に延びる微細線ランナを形成するーン形成する。すると、これらのランナは他 のマウントチップ上に含まれた導電性パッド又はチップ−ウェハアセンブリの周 辺に配置された比較的大面積のパッドへ延単−の導電性ランナ45が第13図に 表されている。
ランナ45はチップ29上のパッド35に接触し、チップ29の傾斜端部を下に 延び、描かれたアセンブリの主最上面を構成する二酸化シリコン層44に重なる 。
本発明に従うと、追加した別の絶縁層及び導電層(図示されていない)を、第1 3図中に表されたアセンブリの最上部上に堆積させてもよい。そのようにして、 多層導電パターンを、アセンブリ中に形成してもよい。実施例によっては、−な いし複数の導電層レベルを、大面積プレーナ導電体に形成することが有利である 。そのようなプレーナ導電体は、たとえば低抵抗低インダクタンス接地又はパワ ープレーンとして用いてもよい。
第14図は本発明の原理に従って作られたアセンブリの一部の概略上面図である 。(アセンブリ用の標準的な適当な封入剤も有利であるが、第14図には示され ていない。)表現上の目的のためにのみ、41固のチップが描かれているアセン ブリに含まれているように、示されている。3個のチップ46.47及び48は ウェハ28の最上面上にあるようにマウントされているのが示され、1チツプ4 9はウェハ28の底部上にマウントされているように表されている。(150ミ リメートルのウェハておいて、ウェハの最上部及び底部には1000もの多くの チップを含めるのが可能である。)実際、そのような各チップは典型的な場合、 多くの(たとえば、100又はそれ以上の)それから延びるリードを有する。し かし、第14図を過度に複雑にしないように、各最上部にマウントされたチップ は、少くとも3個、しかし5個を越えないリードを含むよう、この簡単化された 図で示されている。
従って、たとえば第14図中のマウントされたチップ47は、それに接続された 5個のリードを有するように表されている。チップ47のリード50は、隣接し たチップ46まで延びる。リード51及び52はチップ47及び48を、相互接 続する。加えて、リード53及び54はそれぞれチップ47と周辺導電パッド5 5及び56間に延びる。
本発明の一実施例において、第14図に示された各相互接続リードは、約1ない し10ミクロンの幅dを有する。例として、その中に図示された周辺バンドのそ れぞれは、約1.25 X 1.25ミリメートルである。各種9通常の技術に より、そのような大面積周辺パッドと同様のアセンブリ又は電子システム全体に 含まれる他の要素との間に、電気的接続を作ることは、比較的容易である。
上で述べた構造及びプロセス技術は、単に本発明の原理を示すためだけのもので あることを、理解すべきである。これらの原理に従うと、本発明の精神及び視野 から離れることなく、当業者には多くの修正及び代案が考えられるであろう。た とえば、本発明の原理に従うと、ウェハ中の貫通孔を通して延びる導電体を形成 することにより、ウェハ最上部及び底部上のデバイスパッド又は周辺パッドを、 選択的に相互接続することが可能である。
更に、ここで述べた概念を実現する合成チップ−ウェハアセンブリtS作するこ とが可能である。そのような合成アセンブリにおいて、傾@壁チップ及び直線壁 チップは、開口を貫く傾斜壁を含むウェハの両面にマウントされるであろう。
また、ウェハ28はシリコン以外の材料で外っでもよいことを、理解すべきであ る。別の材料を選択する際、ウェハの熱特性が、付随したチップのそれらと整合 するような要因を考慮すべきでおる。
第15図は本発明の原理に従って作られるアセンブリの集積部分を構成するウェ ハ57を示す。ウェハ5γは単結晶シリコンで作り、直径約75ないし150ミ リメートル、厚さ仁が約0,5ミリメートルの円盤の形に切断するのが有利であ る。本発明の有利な点に従うと、ウェハ57の最上面及び底面は平行で、シリコ ン構造の(100)結晶面にある。この特定の方向を選択する理由は、アセンブ リの製作工程に含まれる選択エツチング工程について述べる時、以下で明らかに なるであろう。
たとえば、第16図に示された耐エッチ層58は、ウェハ5Tの全底面上に堆積 される。例として、層58は約100 nrn の厚さ徒堆積したシリコン窒化 物から成る。
第17図は先に述べたウェハ10及び層5Bの一部を拡大して示す。加えて、第 17図はボンディング層60によシ、暦58の底部に固着したたとえばシリコン 集積回路チップ59のような微細デバイスを描いている。例として、層60は二 酸化シリコン又は標準的なポリイミドの通常の層のような固着材料から成る。た とえば、層60はチップ59が層5Bに接触して置かれる前に、約0.1ないし 10ミクロンの厚さに、チップ59の最上面上にスピン形成する。
本発明の原理に従うと、チップ59のような−ないし複数の微細デバイスが、第 3図に描かれたウェハ57の下側に固着される。チップ29はたとえ’4約0. 25 fxいし0.75ミリメートルの厚さで、−辺が約6ミリメードルの正方 形最上表面を含む。本発明の用途によっては、100又はそれ以上もの多くの各 種設計及び型のデバイスが、ウェハ59の下側にマウントされる。
第17図に示されたチップ59の最上部は、そのいわゆる活性側を構成する。チ ップの活性側には、トランジスタ(図示されていない)、位置合わせマーク(図 示されていない)等の標準的な要素が含まれる。また、その上には多くの比較的 小面積導電性パッドが含まれる。チップの活性側の中心領域に配置された3個の そのようなパッド61.62及び63が、第17図中に概略的に描かれている。
たとえば、各パッドは一辺がわずか約2.5ないし10ミクロンの正方形最上面 領域を有する。
重要なことは、チップ59上に含まれる小面積パッドは、最上面の中心領域内の 任意の場所に、置くことができる。言いかズ、ると、パッドは中心・領域の周囲 に沿って配置されるとは制限されない。従って、第17図に示されるように、パ ッドのあるものは中心領域の中央又はそれに向って配置できる。このことはチッ プ上で必要な全リード長を減すため、有利である。その結果、チップから付随し た回路へ伝搬する言号がg験する損失及び遅延が減少する。更に、リード長が減 少することと小面積パッドが組合さり、他の要素に使用できる活性領域がよシ多 く残る。従って、より高密度の集積回路設計が可能にiる。
本発明の視点に従うと、4個の頌f?+壁を有する良く規定された貫通孔が、チ ップ59のような各マウントデバイスの中心領域と、位置を合わせてウェハ中に 形成される。開口は特定の湿式エツチング工程で形成すると有利である。その場 合、ウェハ5Tは所望の頌@壁を構成する(1111面を現わすように、選択エ ッチされる。従って、第18図において、参照@64叉び65により示されるよ うに、ウェハ57中に形成すべき各壁は、ウェハを貫く垂直壁に対し、35−3 6度の角度で傾く。
ウェハ57中の各傾斜壁貫通孔の底又はより小さな開口は、付随したチップの中 心領域のみに重なるように設計される。そのようにして、導電性パッドを含まな いチップの周辺帯は、ウェハの下側に固着したままになる。
具体的な実施例において、この帯の@W(第18図)は、たとえば約10ないし 250ミクロンである。もちろん、この帯は連続していたり、閉じたりちるいは 幅が均一である必要はない。
輪郭が第18図に表されている貫通孔は、ウェハ57の最上面を選択的にマスク し、次にウェハを水酸化カリウムの溶液のような湿式エッチャントに露出するこ とにより形成すると有利である。そのようなエッチャントに対する適当な耐エッ チマスクは、シリコン窒化物で作られる。通常のリングラフィ技術によシバター ン形成されたとえば、層66は約200 nmの厚さである。
先に述べたウェハ57中の貫通孔を形成するための有利なエッチャントは、0. 8リツトルの水及び0.2リフドルのプロピルアルコールに溶解させた水酸化カ リウム約250グラムから成る。その工つな溶液で約3ないし10時間エツチン グすると、ここで示したウェハ5T中に所望の傾斜壁孔が形成される。続いて、 最上部シリコン窒化物マスク層66及び孔のより小さな開口直下にあ周知のよう に、熱リン酸中で構造をエツチングすることにより、除去できる。
製作工程中のその点にお、いて、本発明に従って作られるアセンブリは、第19 及び20図に描かれ池ようになる。第20図の透視図において、粘着層60はチ ップ59上に含まれる小面積導電性パッドのいくつかを示すように、部分的に取 り去られている。これらには先に示したパッド61.62及び63が含まれる。
第20図に示された粘着層60の露出された部分全体を、そのための標準的エッ チャントを用いて除去してもよい。あるいは、層60を本質的に完全なまま残し ても、またチップ59上の付随した下の導電性パッドと位置合わせして、それを 貫く小面積開口のみを続いてエッチしても有利であろう。以下で述べるその後の 製作工程において、この後者の別の方式について具体的て示す。
第21図に示されるように、本発明の裏作工程における次の段階は、描かれたア センブリの最上面全体に、絶縁層6Tを形成することである。たとえば、層67 tri約1ミクロンの厚さの二酸化シリコンの樽積層から成る。
図面を過度に複雑にしないように、チップ59上のパッド621個のみが、第2 1図に示されている。しかし、本発明に従うと、いくつかのチップ上に1000 又はそれ以上もの多くの小面積パッドが実際に含まれる可能性のあることを理解 すべきである。
次に、導電性パッド62と位置合わせして、層67中に開口を形成するためて1 通常の集積回路パターン形成技術を用いて、標準的な方式で、層67のエツチン グを行う。層67がエッチされる同じ工程又はその後のエツチング工程のいずれ かにおいて、対応する開口が、粘着層60中にも形成される。そのようにして、 第22図に示されるように、導電性パッド62の最上表面が露出される。
次に、たとえばアルミニウムで作られた約1ミクロンの厚さの導電層を、第22 図に示されるアセンブリの最上部表面全体に堆積させる。次に、チップパッドか ら延び、各チップに付随した孔の傾斜壁の−ないし複数の上を、アセンブリの主 最上面上に延びる微細線ランナを形成するために、(たとえば、セレン化ゲルマ ニウムレジストを用いて)通常のリングラフィ技術にょシ、導電層がパターン形 成される。すると、これらのランナは他のマウントされたチップ又はチップ−ウ ェハアセンブリの周辺付近に配置された比較的大面積のパッドまで延びる。
単一導電性ランナ68が第23図に表されている。ランナ6Bはチップ59上の パッド62に接触し、描かれたアセンブリの主最上面を構成する二酸化シリコン 層67上にある示された孔の傾斜壁の一つまで延びる。
本発明に従うと、絶縁層及び導電層の交互の層(図示されていない)を、第23 図中に表わされたアセンブリの最上部上に堆積させてもよい。そのようにして、 多レベル導電性パターンを、アセンブリ中に形成してもよい。
実施例によっては、大面積プレーナ導電体として、工ないし複数の導電体レベル を形成するのも有利である。そのようなプレーナ導電体は、たとえば低抵抗低イ ンダクタンス接地プレーン又はパワープレーンとして用いてもよい。
第24図は本発明の原理に従って作られるアセンブリの一部の上面概略図でおる 。(アセンブリに対する適当な標準的な封入剤が有利である可能性があるが、第 24図には示されていない。)図示するという目的のためにのみ、24個のチッ プが描かれたアセンブリ中に含まれるように示されている。(150ミリメート ルのウェハることか可能である。)事実、そのような各チップは典型的な場合、 それから延びる多くの(たとえば、10゜又はそれ以上の)リードを有する。し かし、第24図を過度に複雑にしないように、各マウントチップはこの簡単化さ れた図中で、少くとも1個、しかし7個を越えないリードを含むように示されて いる。
従って、たとえば第24図中のマウントチップ81は、それに接続された7本の リードを有するように表されている。チップ81のリード82及び83はそれぞ れ、隣接したチップ69及び70に延びる。加えて、リード71ないし75はチ ップ81及び周辺導電性パッド76ないし80間に延びる。
本発明の一実施例において、第24図に示された各相互接続リードは、約1ない し10ミクロンの幅dを有する。例として、その中に示された各周辺パッドは、 約1、25 X 1.25ミリメートルでちる。各種の通常の技術によシ、その ような大面積周辺パッドと電子システム全体に含まれる同様の7センブリ又は他 の要素間の電気的接続を形成することは比較的容易である。
上で述べた構造及びプロセス技術は、本発明の原理を示すだけのものであること を理解すべきである。これらの原理知従うと、本発明の精神及び視野を離れるこ となく、当業者には多くの修正及び代案が考えられるであろう。たとえば、ここ で述べた概念を実施するチンブーウェハ合成アセンブリを製作することは可能で ある。そのような合成アセンブリにおいて、傾斜壁チップ及び直線壁チップは孔 を貫く傾f+壁を含むウェハの両側にマウントされるであろう。
また、ウェハ57は実際上重要ないくつかの場合において、シリコン以外の材料 で作られる可能性のあることを理解すべきである。別の材料を選択する際、ウェ ハの熱特性を付随したチップのそれらに整合させるような要因及びウェハが選択 的にエッチできることを考慮すべきでちる。しかし、もちろん先に示した貫通孔 を形成するために、エツチング以外の技術を用いてもよいことが実感されよう。
これらの孔の壁の傾きは、厳密でなくてよい。頌f+壁は単にその上のランナの 形成を容易1(する働きをするだけである。上で述べたように、選択エツチング はそのような傾斜壁孔を実現する一つの涙利で有利な方法である。
FIG、4 RG、10 FIG、 15 FIG、16 FIG、18 FIG、19 4i□+二八 、o :H:+ 二月τ三;j<Ar101病L S三QRC3 R三?ORτ ON

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.基板及び前記基板に固着した少くとも1個の集積回路チツプを含むデバイス において、 前記基板は本質的に単結晶材料から成り、前記少くとも一つの回路チツプは前記 基板上に、リソグラフイで規定された電気回路に、電気的に接続されることを特 徴とするデバイス。 2.請求の範囲第1項記載のデバイスにおいて、前記基板の少くとも基体部分の 材料及び前記少くとも1個のチツプの少くとも基体部分の材料は、同じ結晶構造 を有することを特徴とするデバイス。 3.請求の範囲第2項記載のデバイスにおいて、前記基板の前記基体部分の材料 は、前記少くとも1個のチツプの前記基体部分と、本質的に同じ材料であること を特徴とするデバイス。 4.請求の範囲第1又は2又は3項記載のデバイスにおいて、 前記材料は半導体材料であることを特徴とするデバイス。 5.請求の範囲第1、又は2又は3又は4項記載のデバイスにおいて、 前記材料は本質的にシリコンであることを特徴とするデバイス。 6.請求の範囲第1ー5項のいずれか1項記載のデバイスにおいて、 基板の前記単結晶材料はシリコンであることを特徴とするデバイス。 7.請求の範囲第1−6項のいずれか1項記載のデバイスにおいて、 前記電気回路は接地導電体及びパワー導電体を含み、非結合容量が前記接地導電 体と前記パワー導電体の間にあることを特徴とするデバイス。 8.請求の範囲第7項記載のデバイスにおいて、前記非結合容量は金属一酸化物 一半導体容量であることを特徴とするデバイス。 9.請求の範囲第8項記載のデバイスにおいて、前記容量は前記基板、前記基板 上の酸化物層及び前記酸化物層上の金属層から成ることを特徴とするデバイス1 0.請求の範囲第1−9項のいずれか1項記載のデバイスにおいて、 前記基板は結晶学的に異方性のエツチンケにより生じた少くとも1個の傾斜壁を 有する少くとも1個の表面くぼみ(以後ここでは“井戸”とよぶ)を有し、前記 少くとも1個のチツプは結晶学的異方性エツチンケにより生じた少くとも1個の 斜め研磨端部を有し、前記少くとも1個の斜め研磨端部及び前記少くとも1個の 傾斜は並置され、それにより前記少くとも1個のチツプは前記基板上に配置され ることを特徴とするデバイス。 11.請求の範囲第10項記載のデバイスにおいて、前記少くとも1個のチツプ は前記ウエハ中の前記少くとも1個の井戸中に面した回路キヤリイ面を有するこ とを特徴とするデバイス。 12.請求の範囲第11項記載のデバイスにおいて、前記井戸の側壁上の少くと も1個のストライプ導電体により、前記回路に電極が作られることを特徴とする デバイス。 13.請求の範囲第10−12項のいずれか1項記載のデバイスにおいて、 複数のチツプが含まれ、前記チツプは前記ウエハ上の導電体により、電気的に相 互接続されることを特徴とするデバイス。 14.請求の範囲第13項記載のデバイスにおいて、前記導電体は光で規定され るポリマ材料により分離されることを特徴とするデバイス。 15.請求の範囲第10−14項のいずれか1項記載のデバイスにおいて、 前記少くとも1個のチツプ上にマウントされた少くとも1個の受動要素を含むこ とを特徴とするデバイス。 16.請求の範囲第10−15項のいずれか1項記載のデバイスにおいて、 前記少くとも1個のチツプ上で、少くとも1個の光フアイバが終端することを特 徴とするデバイス。 17.請求の範囲第1−9項のいずれか1項記載のデバイスにおいて、 ウエハ及び少くとも1個の回路キヤリイチツプを含み、前記ウエハの材料は本質 的に単結晶形であり、前記少くとも1個のチツプの材料は、前記ウエハの材料と 本質的に同じ単結晶形であり、 前記少くとも1個のチツプは第1の表面及び前記第1の表面と第1の角をなす少 くとも1個の第1の側壁を有し、前記角度は前記少くとも1個のチツプの材料の エツチンケから生じるように、90度以下で、前記ウエハは第2の表面及び前記 第2の表面と第2の角を形成する少くとも1個の第2の側壁を有し、前記第2の 角は前記ウエハの材料のエツチンケから生じるように、前記第1の角と本質的に 相補的で、前記少くとも1個のチツプは前記少くとも1個の第1の側壁と前記少 くとも1個の第2の側壁間の整合の結果、前記ウエハと位置合わせされ、 前記少くとも1個のチツプは集積回路、前記回路及び前記ウエハの少くとも一部 の上の平坦化層を上にもち、前記回路への電気的接続は、前記平坦化層上の金属 部により作られることを特徴とするデバイス。 18.請求の範囲第17項記載のデバイスにおいて、前記平坦化層の材料は光で 規定される材料であることを特徴とするデバイス。 19.請求の範囲第17項記載のデバイスにおいて、2ないしそれ以上の平坦化 層及び金属部が含まれることを特徴とするデバイス。 20.請求の範囲第1−9項のいずれか1項記載のデバイスにおいて、 前記基板は最上部及び底部面を有し、前記ウエハはその周囲に沿つて、前記最上 部表面上に導電性端子部分を有し、 前記ウエハの少くとも最上部表面上にマウントされた少くとも1個のチツプは、 その最上部表面の中心部分中の導電要素を含み、マウントされた各チツプは前記 中心部分から前記ウエハに延びる少くとも1個の傾斜端部を有し、 導電性パターンがマウントされたデバイスの要素を、前記端子部分又は別のマウ ントされたチツプ又は両方に含まれる要素に接続し、前記パターンは各マウント されたチツプの傾向端部(又は複数)上に配置され、前記ウエハの最上部表面上 にあることを特徴とするデバイス。 21.請求の範囲第20項記載のデバイスにおいて、前記ウエハはその縁に沿つ て前記底部表面上に延びる追加された導電性端子部分を含み、 前記ウエハの底部表面上にマウントされた少くとも1個のチツプを含み、前記少 くとも1個のチツプはそのマウントされていない表面の中心部分に導電性要素を 含み、底面にマウントされた各チツプは、中心部分から前記ウエハの底面に向つ て延びる少くとも1個の傾斜端部を有し、 導電性パターンは底面にマウントされたチツプの導電性要素を、前記追加された 端子部分又は別の底面にマウントされたチツプに含まれる要素又は両方に接続し 、前記パターンは各底面にマウントされたチツプの傾斜端部(又は複数)上及び 前記ウエハのプレーナ底面上に配置されることを特徴とするデバイス。 22.請求の範囲第20又は21項記載のデバイスにおいて、 前記少くとも1個のチツプは最上部面及び底面が(100)結晶面にある単結晶 シリコンチツプを含むことを特徴とするデバイス。 23.請求の範囲第22項記載のデバイスにおいて、前記少くとも1個の傾斜端 部は、前記シリコンチツプの(111)面にあることを特徴とするデバイス。 24.請求の範囲第20−23項かいずれか1項記載のデバイスにおいて、 前記ウエハ上に各チツプをマウントする手段は、各デバイス及び前記ウエハ間に はさまれた粘着層から成ることを特徴とするデバイス。 25.請求の範囲第1−9項のいずれか1項記載のデバイスにおいて、 基板は比較的大きな表面を有し、端子パツドが形成され、 複数の半導体チツプのそれぞれは、その裏面が前記基板の表面に接し、その前面 がチツプ内の回路要素に対する外部接続をなす複数の導電性パツドを含む前面及 び裏面を有し、各チツプはその前面から前記基板へ延びる少くとも1個の傾斜端 部を有し、 チツプを相互に、かつ基板上の端子パツドに接続するために、チツプの傾斜端部 及び基板の表面に沿つて、導電性パツドから延びる導電路が含まれることを特徴 とするデバイス。 26.請求の範囲第25項記載のデバイスにおいて、前記基板はウエハで、 前記少くとも1個のチツプは、前記ウエハにマウントされた前記チツプの一表面 の中心領域に、導電性パツドを含み、 少くとも1個の傾斜壁は前記少くとも1個のマウントされたチツプの中心領域か ら、前記ウエハの一表面まで延び、縁に沿つて配置された要素を含む前記ウエハ の一表面上及び前記少くとも1個の傾斜壁上の導電性パターンは、前記パツドを 他のデバイスパツド又は前記要素又は両方に接続することを特徴とするデバイス 。 27.請求の範囲第1−9項のいずれか1項記載のデバイスにおいて、 平坦な最上部及び底部表面を有するウエハが含まれ、前記ウエハはその縁に沿つ て、前記最上部表面上にある導電性端子部分を有し、 前記ウエハの底面上にマウントされた少くとも1個のチツプが含まれ、前記チツ プは前記ウエハに面する導電性パツドを、その最上部表面の中心部分に含み、各 マウントされたチツプの中心部分と位置を合わせて、前記ウエハを貫いて形成さ れた傾斜壁開口が含まれ、導電性パターンがマウントされたチツプのパツドを、 前記端子部分に接続し、前記パターンはマウントされたチツプに付随した少くと も1個の傾斜壁及び前記ウエハの平坦最上部表面上に配置されることを特徴とす るデバイス。 28.請求の範囲第27項記載のデバイスにおいて、前記ウエハの底面に各チツ プをマウントする手段は、各チツプの最上面の少くとも周辺部分に配置された粘 着層から成ることを特徴とするデバイス。 29.請求の範囲第1−9項のいずれか1項記載のデバイスにおいて、 複数の半導体チツプが含まれ、それぞれがチツプ中の回路要素に対する電気的接 続を作るために、最上表面上に複数の導電性パツドを含み、 一つの表面が複数のチツプのそれぞれの最上表面の少くとも一部に独立に結合さ れたキヤツプ部が含まれ、キヤツプ部は導電性パツドへ近づけるための傾斜壁開 口を含み、 キヤツプ部の相対する表面上にあり、導電性パツドと接触し、チツプを相互接続 するために、開口の傾斜壁に沿つて延びる導電路が含まれることを特徴とするデ バイス。
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