KR101655897B1 - 마이크로전자 조립체 및 적층형 마이크로전자 조립체의 제조 방법 - Google Patents
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- H01L2224/08148—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked the bonding area connecting to a bonding area protruding from the surface of the body
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- H01L2224/16148—Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked the bump connector connecting to a bonding area protruding from the surface
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
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- H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
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- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32135—Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
- H01L2224/32145—Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
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- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73267—Layer and HDI connectors
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- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/80001—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
- H01L2224/808—Bonding techniques
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- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/82—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by forming build-up interconnects at chip-level, e.g. for high density interconnects [HDI]
- H01L2224/8236—Bonding interfaces of the semiconductor or solid state body
- H01L2224/82365—Shape, e.g. interlocking features
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- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/82—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by forming build-up interconnects at chip-level, e.g. for high density interconnects [HDI]
- H01L2224/828—Bonding techniques
- H01L2224/82801—Soldering or alloying
- H01L2224/82815—Reflow soldering
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- H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
- H01L2224/92—Specific sequence of method steps
- H01L2224/921—Connecting a surface with connectors of different types
- H01L2224/9212—Sequential connecting processes
- H01L2224/92142—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
- H01L2224/92144—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a build-up interconnect
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- H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
- H01L2224/92—Specific sequence of method steps
- H01L2224/922—Connecting different surfaces of the semiconductor or solid-state body with connectors of different types
- H01L2224/9222—Sequential connecting processes
- H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
- H01L2224/92244—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a build-up interconnect
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- H01L2224/94—Batch processes at wafer-level, i.e. with connecting carried out on a wafer comprising a plurality of undiced individual devices
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- H01L2224/93—Batch processes
- H01L2224/95—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
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- H01L2224/95—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
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- H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
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- H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
- H01L2225/04—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
- H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
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- H01L2225/06558—Geometry of the stack, e.g. form of the devices, geometry to facilitate stacking the devices having passive surfaces facing each other, i.e. in a back-to-back arrangement
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- H01L2225/1011—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement
- H01L2225/1017—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement the lowermost container comprising a device support
- H01L2225/1035—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement the lowermost container comprising a device support the device being entirely enclosed by the support, e.g. high-density interconnect [HDI]
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- H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
- H01L2225/10—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers
- H01L2225/1005—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
- H01L2225/1011—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement
- H01L2225/1047—Details of electrical connections between containers
- H01L2225/1064—Electrical connections provided on a side surface of one or more of the containers
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L24/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/18—High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/23—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process
- H01L24/25—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process of a plurality of high density interconnect connectors
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/93—Batch processes
- H01L24/94—Batch processes at wafer-level, i.e. with connecting carried out on a wafer comprising a plurality of undiced individual devices
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/93—Batch processes
- H01L24/95—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
- H01L24/96—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips the devices being encapsulated in a common layer, e.g. neo-wafer or pseudo-wafer, said common layer being separable into individual assemblies after connecting
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01067—Holmium [Ho]
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/013—Alloys
- H01L2924/0132—Binary Alloys
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Abstract
마이크로전자 조립체(300)는 제1 마이크로전자 소자(200)와 제2 마이크로전자 소자(200)를 포함한다. 마이크로전자 소자는 하나 이상의 반도체 다이(104)를 포함하는 다이 구조체를 각각 구비하고, 제1 마이크로전자 소자 및 제2 마이크로전자 소자는 제1 면(201), 제1 면으로부터 떨어져 있는 제2 면(203), 제1 면(201) 및 제2 면(203)으로부터 직각이 아닌 각도로 연장하는 하나 이상의 에지 면(134)을 포함한다. 하나 이상의 전기 전도성 요소[부분(110, 124, 122, 126)을 포함할 수 있음]는 하나 이상의 에지 면과 제2 면(203) 상에서 그리고 제1 면을 따라 연장한다. 제1 마이크로전자 소자의 하나 이상의 전도성 요소는 제2 마이크로전자 소자의 하나 이상의 전도성 요소에 전도가능하게 접합되어, 제1 마이크로전자 소자와 제2 마이크로전자 소자 사이에 전기 전도성 경로를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 마이크로전자 소자의 패키지와 그 제조 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로 말하면, 본 발명은 적층 가능하게 패키지화한 마이크로전자 다이 조립체에 관한 것이다.
관련 출원의 상호참조
본 출원은 2008년 6월 16일에 제출된 미국 가 특허출원 61/061,953에 대한 출원일의 혜택을 주장하며, 그 전체 내용을 본 명세서에서 참조에 의해 포함한다.
마이크로전자 칩(microelectronic chips)은 전형적으로 서로 반대 방향을 향하는 일반적으로 평면형의 앞면 및 뒷면과, 이들 앞면 및 뒷면 사이로 연장하는 에지를 가진 편평한 본체이다. 칩은 일반적으로 콘택(contact)을 포함하는데, 패드 또는 접합 패드라고도 부른다. 이러한 콘택은 칩 내의 회로에 전기적으로 접속된 앞면 상에 위치한다. 칩은 통상적으로 적절한 재료로 둘러싸서 패키지화함으로써, 칩 콘택에 전기적으로 접속되는 단자를 갖는 마이크로전자 패키지를 형성한다. 패키지를 검사 장비에 연결해서 패키지화한 소자가 바람직한 성능 표준에 부합하는지 여부를 판정할 수 있다. 검사가 완료되면, 패키지를 더 큰 회로, 예를 들어 컴퓨터나 셀폰 등과 같은 전자 제품 내의 회로에 접속하게 되는데, 패키지 단자를 땜납 등의 적당한 접속 방법에 의해 인쇄회로기판(PCB) 상의 매칭 랜드(matching land)에 연결하는 방식으로 접속한다.
마이크로전자 패키지는 웨이퍼 레벨(wafer level)로 제조될 수 있는데, 다시 말하면 패키지를 구성하는 인클로저, 터미네이션, 및 그외 다른 요소를, 칩이나 다이가 웨이퍼 형태인 상태에서 제작하는 것이다. 다이(die)를 형성한 후에, 웨이퍼에 대해 많은 추가의 처리 과정을 거친 후, 웨이퍼 상에 패키지 구조를 형성한다. 이후, 웨이퍼를 개별의 패키지 다이로 다이싱 절단한다. 웨이퍼 레벨 공정이 바람직한 제조 방법이 될 수 있는 이유는, 비용을 절감할 수 있으며, 다이 패키지(die package)의 풋프린트(footprint)를 다이 자체의 크기와 동일 또는 거의 동일하게 할 수 있어서, 패키지 다이가 부착되는 인쇄회로기판 상의 면적을 효과적으로 사용할 수 있기 때문이다. 이러한 방식에서의 다이 패키지를 일반적으로 웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지(wafer-level chip scale package) 또는 웨이퍼 레벨 칩 사이즈 패키지(WLCSP)라고 한다.
패키지 다이가 실장되는 기판상의 공간을 더 절약하기 위해, 다수의 칩을 세로 방향으로 적층해서 단일의 패키지로 결합시킬 수 있다. 적층 구조인 스택(stack) 내의 각각의 다이(die)는 스택 내의 하나 이상의 다른 다이와 전기적으로 접속되거나, 스택이 장착되는 기판에 전기적으로 접속되거나, 다른 다이와 기판에 모두 전기적으로 접속되는 구성을 가져야 한다. 이에 의해, 세로 방향으로 적층된 다수의 다이 패키지가 기판상의 표면 영역에서 차지하는 면적이 패키지 내의 모든 칩이 차지하는 전체 표면 면적보다 작게 된다. 단일의 다이를 패키징할 때보다 다이 스택을 사용할 때에 훨씬 더 많은 전기적 접속이 필요하기 때문에, 스택의 여러 다이 사이의 전기적 접속은 매우 안정적이며 신뢰성이 높아야 한다.
마이크로전자 조립체는 제1 마이크로전자 소자 및 제2 마이크로전자 소자를 포함할 수 있다. 마이크로전자 소자는 하나 이상의 반도체 다이(semiconductor die)를 포함하는 다이 구조체(die structure)를 각각 구비하고, 제1 마이크로전자 소자 및 제2 마이크로전자 소자는 제1 면, 제1 면으로부터 떨어져 있는 제2 면, 및 제1 면 및 제2 면으로부터 직각이 아닌 각도로 연장하는 하나 이상의 에지 면(edge surface)을 각각 포함할 수 있다. 하나 이상의 에지 면과 제2 면 상에서 그리고 제1 면을 따라 하나 이상의 전도성 요소가 연장한다. 제1 마이크로전자 소자의 하나 이상의 전도성 요소는 제2 마이크로전자 소자의 하나 이상의 전도성 요소에 전도가능하게 접합되어, 제1 마이크로전자 소자와 제2 마이크로전자 소자 사이에 전기 전도성 경로를 제공할 수 있다.
일실시예에 의하면, 제1 및 제2 마이크로전자 소자의 전도성 요소는 제1 면 및 제2 면 중 하나의 면상에 도금(plating)에 의해 형성되는 제1 요소, 제1 면 및 제2 면 중 다른 하나의 면상에 도금에 의해 형성되는 제2 요소, 및 하나 이상의 에지 면을 포함할 수 있다. 일례로, 제2 요소는 제1 요소의 일부분 위에 도금될 수 있다. 예를 들어, 제2 요소는 제1 요소의 제2 요소가 도금되는 부분을 따라 연장한다.
제2 요소는 제1 요소와 에지에서 전도가능하게 결합될 수 있도록 제1 요소의 에지를 따라 연장할 수 있다.
제1 및 제2 마이크로전자 소자의 전도성 요소는 가용성의 금속(fusible metal) 또는 전도성 페이스트(conductive paste)를 사용해서 접합될 수 있다. 일례로, 제1 마이크로전자 소자의 제1 면 및 제2 면 중의 하나는 제2 마이크로전자 소자의 제1 면 및 제2 면 중의 하나와 맞닿고, 맞닿은 면에서 노출된 전도성 요소의 부분을 서로 접합시킬 수 있다. 예를 들어, 전도성 요소는 마이크로전자 소자의 제1 면 및 제2 면 중의 적어도 하나에서 노출된 전도성 패드(conductive pad)를 포함하며, 전도성 패드는 서로 접합될 수 있다.
전도성 요소는 트레이스 및 전도성 패드를 포함하며, 하나 이상의 전도성 패드는 하나 이상의 에지 면으로부터 일정 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 일례로, 마이크로전자 소자의 전도성 요소는 하나 이상의 에지 면에 근접한 또는 하나 이상의 에지 면까지 연장된 전도성 패드를 포함할 수 있다.
일례로, 마이크로전자 소자 중의 하나 이상은 다수의 다이를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 하나 이상의 마이크로전자 소자에 포함된 다수의 반도체 다이 중의 적어도 2개의, 접합 패드를 포함하는 면(bond pad-bearing surfaces)은 동일한 방향을 향할 수도 상이한 방향을 향할 수도 있다.
하나 이상의 전도성 요소가 연장하는 하나 이상의 에지 면은 제1 면 및 제2 면 중의 하나의 면에 대하여 50도 내지 89도 사이의 각도로 배치될 수 있다.
마이크로전자 조립체에서, 제1 및 제2 마이크로전자 소자는 세로(vertical) 방향으로 적층되며, 제1 및 제2 마이크로전자 소자의 하나 이상의 에지 면은 세로 방향으로부터 멀어지는 방향으로 서로 오프셋(offset)되어 있을 수 있다.
제1 및 제2 마이크로전자 소자의 제1 면은 가로(lateral) 방향으로 연장하고 가로 방향으로 제1 치수(dimensions)를 가질 수 있다. 일례로, 제1 및 제2 마이크로전자 소자의 제1 면의 가로 방향 치수는 상이할 수 있다.
일실시예에서, 제1 마이크로전자 소자 및 제2 마이크로전자 소자를 포함하는 마이크로전자 조립체를 제공한다. 제1 마이크로전자 소자 및 제2 마이크로전자 소자는 하나 이상의 반도체 다이를 포함하는 다이 구조체를 각각 구비할 수 있다. 제1 마이크로전자 소자 및 제2 마이크로전자 소자는 제1 면, 제1 면으로부터 떨어져 있는 제2 면, 및 제1 면으로부터 멀어지는 방향으로 연장하는 하나 이상의 에지 면을 각각 포함할 수 있다. 하나 이상의 에지 면상에서 그리고 제1 면을 따라 하나 이상의 전도성 요소가 연장할 수 있다. 제1 마이크로전자 소자의 하나 이상의 전도성 요소는 제2 마이크로전자 소자의 하나 이상의 전도성 요소에 전도가능하게 접합되어, 제1 마이크로전자 소자와 제2 마이크로전자 소자 사이에 전기 전도성 경로를 제공할 수 있다.
일례로, 하나 이상의 에지 면은 제1 면 및 제2 면으로부터 직각이 아닌 각도로 연장할 수 있다. 하나 이상의 에지 면에 노출된 전도성 요소의 하나 이상의 에지 부분이 전도 가능하게 접합되어 전기 전도성 경로를 제공할 수 있다. 전도성 요소의 하나 이상의 에지 부분은 가용성의 금속을 사용해서 또는 전도성 페이스트를 사용해서 접합될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따라 적층형의 마이크로전자 조립체를 제조하는 방법을 제공한다. 본 예에서, 제1 마이크로전자 소자의 주요 면은 제2 마이크로전자 소자의 주요 면과 맞닿도록 배치될 수 있다. 제1 마이크로전자 소자의 주요 면에 노출된 전도성 요소를 상기 제2 마이크로전자 소자의 주요 면에 노출된 전도성 요소와 전도가능하게 접합하여, 제1 마이크로전자 소자와 제2 마이크로전자 소자 사이에 전기 전도성 경로를 제공할 수 있다. 제1 마이크로전자 소자 및 제2 마이크로전자 소자는 하나 이상의 반도체 다이를 포함하는 다이 구조체를 각각 구비하고, 제1 마이크로전자 소자 및 제2 마이크로전자 소자는 제1 주요 면, 제1 주요 면으로부터 떨어져 있는 제2 주요 면, 및 하나 이상의 에지 면을 각각 포함하며, 하나 이상의 에지 면과 제2 주요 면 상에서 그리고 제1 주요 면을 따라 하나 이상의 전도성 요소가 연장될 수 있다.
일실시예에 의하면, 적층형 마이크로전자 조립체를 제조할 수 있다. 제1 마이크로전자 소자와 제2 마이크로전자 소자를 포함하는 스택(stack)을 형성할 수 있다. 제1 마이크로전자 소자 및 제2 마이크로전자 소자는 하나 이상의 반도체 다이를 포함하는 다이 구조체를 각각 구비할 수 있다. 제1 마이크로전자 소자 및 제2 마이크로전자 소자는 제1 면, 제1 면으로부터 떨어져 있는 제2 면, 및 제1 면으로부터 멀어지는 방향으로 연장하는 하나 이상의 에지 면을 각각 포함할 수 있다. 하나 이상의 에지 면 상에서 그리고 제1 면을 따라 하나 이상의 전기 전도성 요소가 연장할 수 있다. 에지 면에 노출된 전도성 요소의 일부분을 전도가능하게 접합하여, 제1 마이크로전자 소자 및 제2 마이크로전자 소자 사이에 전기 전도성 경로를 제공할 수 있다.
이러한 실시예에서, 제1 마이크로전자 소자는 제2 마이크로전자 소자의 위에 배치해도 된다. 접합 단계는 제1 마이크로전자 소자의 하나 이상의 에지 면에 노출된 전도성 요소에 근접해 있는 가용성의 금속을, 가용성의 금속이 제2 마이크로전자 소자의 하나 이상의 에지 면에 노출된 전도성 요소로 흐르도록 가열함으로써 수행될 수 있다. 가용성의 금속은 제1 및 제2 마이크로전자 소자의 전도성 요소 사이의 갭(gap)을 가교(bridge)할 수 있다.
이러한 실시예에서, 제1 마이크로전자 소자는 제2 마이크로전자 소자의 위에 배치할 수 있다. 접합 단계는 제1 마이크로전자 소자의 하나 이상의 에지 면에 가용성의 전도성 재료를 투여함으로써 수행될 수 있다. 전도성 재료는 제2 마이크로전자 소자의 하나 이상의 에지 면에 노출된 전도성 요소로 흐르도록 할 수 있다.
본 명세서에서 설명하는 장치 및 방법은 이하의 실시예들을 첨부 도면을 참조해서 읽어보면 구체적으로 이해될 것이며, 도면 중의 동일한 참조 부호는 도면 전체를 통해 동일 또는 유사한 부분을 나타낸다. 도면을 반드시 실측으로 되어 있지는 않으며, 실시예의 원리를 나타내기 위해 강조된 것도 있다.
도 1a는 다수의 마이크로전자 칩을 포함하는 웨이퍼의 사시도이다.
도 1b는 웨이퍼의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 1c는 일실시예에 따라 접합 패드 위에 배치된 제1 금속 층을 갖는 단일의 웨이퍼 다이를 나타내는 사시도이다.
도 1d~1i는 도 1b와 유사한 웨이퍼의 일부를 나타내는 단면도로서, 추가의 처리 과정을 거치는 것을 나타낸다.
도 2a는 일실시예에 따른 별도의 마이크로전자 소자의 단면도이다.
도 2b 및 2c는 일실시예에 따라 도 2a의 결합 구조의 다른 예를 상세하게 나타낸다.
도 2d는 도 2a의 마이크로전자 소자를 나타내는 사시도이다.
도 2e는 일실시예에 따라 완성되는 마이크로전자 소자를 만들기 위한 공정 흐름을 나타낸다.
도 3은 일실시예에 따라 다이 스택 구조를 형성하는 여러 개의 다이를 나타내는 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 일실시예에 따라 도 3의 소자를 형성하기 위해 결합 방법의 두 가지 변형 예를 나타내는 단면도이다.
도 5a는 일실시예에 따라 복합적인 요소를 포함하는 다이 스택 구조의 단면도이다.
도 5b는 일실시예에 따라 다양한 크기의 다이를 가진 복합적인 요소를 포함하는 다이 스택 구조의 단면도이다.
도 6a는 일실시예에 따라 접합 패드 위에 배치된 제1 금속 층을 구비하는 단일의 웨이퍼 다이의 사시도이다.
도 6b는 일실시예에 따라 에지까지 연장된 접합 패드를 가진 단일의 웨이퍼 다이의 사시도이다.
도 6c-6i는 일실시예에 따라, 추가의 공정을 거치는 과정에서의, 도 6a와 유사한 다이를 가진 웨이퍼의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 7은 일실시예에 따라 형성된 다이 스택 구조의 단면도이다.
도 8a는 일실시예에 따른 다이 구조의 단면도이다.
도 8b는 일실시예에 따라 리플로 가능한 재료를 추가한 다이 스택의 단면도이다.
도 8c는 일실시예에 따른 다이 스택 구조의 단면도이다.
도 9는 일실시예에 따라 완료된 소자를 만들기 위해 사용된 공정 흐름을 개략적으로 나타낸다.
도 10a-10e는 일실시예에 따라 둘 이상의 다이를 포함하는 다이 스택의 형성에 선행하는 공정 과정을 나타내는 단면도이다.
도 10f는 일실시예에 따라 둘 이상의 다이를 포함하는 다이 구조의 단면도를 나타낸다.
도 10g는 일실시예에 따라 도 10f의 다수 다이 구조를 포함하는 다이 스택 구조의 단면도를 나타낸다.
도 10h는 일실시예에 따라 도 10a에서 시작하는 공정 흐름의 일부의 변형 예의 단면도를 나타낸다.
도 11a-11e는 일실시예에 따라 다이 스택의 형성에 선행하는 공정 과정의 단면도를 나타낸다.
도 11f는 일실시예에 따라 둘 이상의 다이를 포함하는 다이 구조의 단면도를 나타낸다.
도 11g는 일실시예에 따라 도 11f의 다수 다이 구조를 포함하는 다이 스택 구조의 단면도를 나타낸다.
도 1a는 다수의 마이크로전자 칩을 포함하는 웨이퍼의 사시도이다.
도 1b는 웨이퍼의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 1c는 일실시예에 따라 접합 패드 위에 배치된 제1 금속 층을 갖는 단일의 웨이퍼 다이를 나타내는 사시도이다.
도 1d~1i는 도 1b와 유사한 웨이퍼의 일부를 나타내는 단면도로서, 추가의 처리 과정을 거치는 것을 나타낸다.
도 2a는 일실시예에 따른 별도의 마이크로전자 소자의 단면도이다.
도 2b 및 2c는 일실시예에 따라 도 2a의 결합 구조의 다른 예를 상세하게 나타낸다.
도 2d는 도 2a의 마이크로전자 소자를 나타내는 사시도이다.
도 2e는 일실시예에 따라 완성되는 마이크로전자 소자를 만들기 위한 공정 흐름을 나타낸다.
도 3은 일실시예에 따라 다이 스택 구조를 형성하는 여러 개의 다이를 나타내는 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 일실시예에 따라 도 3의 소자를 형성하기 위해 결합 방법의 두 가지 변형 예를 나타내는 단면도이다.
도 5a는 일실시예에 따라 복합적인 요소를 포함하는 다이 스택 구조의 단면도이다.
도 5b는 일실시예에 따라 다양한 크기의 다이를 가진 복합적인 요소를 포함하는 다이 스택 구조의 단면도이다.
도 6a는 일실시예에 따라 접합 패드 위에 배치된 제1 금속 층을 구비하는 단일의 웨이퍼 다이의 사시도이다.
도 6b는 일실시예에 따라 에지까지 연장된 접합 패드를 가진 단일의 웨이퍼 다이의 사시도이다.
도 6c-6i는 일실시예에 따라, 추가의 공정을 거치는 과정에서의, 도 6a와 유사한 다이를 가진 웨이퍼의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 7은 일실시예에 따라 형성된 다이 스택 구조의 단면도이다.
도 8a는 일실시예에 따른 다이 구조의 단면도이다.
도 8b는 일실시예에 따라 리플로 가능한 재료를 추가한 다이 스택의 단면도이다.
도 8c는 일실시예에 따른 다이 스택 구조의 단면도이다.
도 9는 일실시예에 따라 완료된 소자를 만들기 위해 사용된 공정 흐름을 개략적으로 나타낸다.
도 10a-10e는 일실시예에 따라 둘 이상의 다이를 포함하는 다이 스택의 형성에 선행하는 공정 과정을 나타내는 단면도이다.
도 10f는 일실시예에 따라 둘 이상의 다이를 포함하는 다이 구조의 단면도를 나타낸다.
도 10g는 일실시예에 따라 도 10f의 다수 다이 구조를 포함하는 다이 스택 구조의 단면도를 나타낸다.
도 10h는 일실시예에 따라 도 10a에서 시작하는 공정 흐름의 일부의 변형 예의 단면도를 나타낸다.
도 11a-11e는 일실시예에 따라 다이 스택의 형성에 선행하는 공정 과정의 단면도를 나타낸다.
도 11f는 일실시예에 따라 둘 이상의 다이를 포함하는 다이 구조의 단면도를 나타낸다.
도 11g는 일실시예에 따라 도 11f의 다수 다이 구조를 포함하는 다이 스택 구조의 단면도를 나타낸다.
본 명세서에서, 전기 전도성을 갖는 구조가 유전 구조체의 표면에 "노출"되어 있다는 표현은, 전기 전도성 구조체가 유전 구조체의 외부로부터 유전 구조체의 표면을 향해 유전 구조체의 표면에 수직인 방향으로 이동하는 이론적인 점과 접촉한다는 것을 의미한다. 따라서, 유전 구조체의 표면에 노출된 단자 또는 그외 다른 전도성 구조체는 이러한 표면으로부터 돌출되거나, 표면과 동일한 높이를 갖거나, 표면 아래로 함몰되어 있을 수 있으며, 유전체 내의 홀이나 구멍을 통해 노출되어 있을 수 있다.
도 1a는 다수의 마이크로전자 칩을 포함하는 웨이퍼(100)의 사시도를 나타낸다. 웨이퍼 기판(102)은 일반적으로 실리콘 등의 반도체 재료이지만, 그외 다른 재료나 다른 타입의 화합물로 구성해도 된다. 웨이퍼는 마이크로전자 칩의 작업 부분 중의 일부 또는 모두를 포함하는 개별의 다이(104)로 분할된다. 추가의 처리 이후에, 다이는 점선(103)을 기준으로 서로 분리된다. 칩은 하나 이상의 기능을 각각 가질 수 있으며, 반도체 처리 공정 분야의 당업자에게 잘 알려진 기술을 사용해서 기판의 표면 위 또는 표면 아래에 형성된다. 이러한 예들은 한정의 예로 이해하여서는 안 되며, 처리된 웨이퍼(100)는 메모리, 프로세서, 이미지 센서 등을 포함하는 임의의 여러 타입의 장치에 해당할 수 있다. 접합 패드(bond pad)(106)는 기판상의 또는 기판 내의 회로에 전기적으로 접속된다. 도 1b는 도 1a에 나타낸 웨이퍼(100)와 같은 웨이퍼의 일부를 단면도로 나타낸 것이다. 명확히 나타내기 위해, 접합 패드(106)는 기판(102)의 "앞면", 즉 콘택이 있는 면(101)에 노출되어 있다. 접합 패드(106)는 표면(101)의 위로 돌출되어 있을 수도 있고, 표면과 동일한 높이를 이루거나, 표면 아래로 함몰되어 있을 수 있다. 점선(103)은 다이 사이의 다이싱 레인(dicing lane)을 나타낸다. 본 명세서에서는 웨이퍼가 작업 부분이 내부에 형성된 반도체 재료인 것으로 설명하고 있지만, 다른 경우에서는 웨이퍼를 개별의 다이를 형성하기 위해 배치하고 에폭시와 같은 접착제로 서로 유지시킨 다수의 부품으로 형성한 재구성 웨이퍼(reconstituted wafer)인 것으로 해도 된다. 다른 예로서, 웨이퍼(100)를 사용하지 않고, 점선(103)에 나타낸 다이의 에지 부분에서 서로 접속된 다수의 다이로 이루어진 구조물을 사용하고, 이러한 구조물을 패널(panel)과 같은 사각형의 형태로 할 수 있다. 다이의 에지를 점선에서 서로 만나게 하여 반도체 재료가 연속하는 미절단(uncut) 구조로 하거나, 다이의 에지가 서로 떨어져 있도록 해서 접착제로 재구성된 구조물에 결합되도록 해도 된다.
도 1c-1i는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼의 처리 공정에 대한 단계들을 나타낸다. 예시한 단계들은 설명한 순서대로 수행해도 되지만, 다른 순서로 실행할 수도 있다. 다른 예에서, 설명된 단계들 중 둘 이상의 단계를 하나의 단계로 합쳐도 된다. 또 다른 예에서, 설명된 단계들 중 어느 하나를 전체 공정에서 완전히 배제해도 된다. 또 다른 예에서, 추가의 공정 단계를 추가해도 된다.
도 1c는 접합 패드와 접하는 제1 금속층(metallization layer)(110)을 포함하는 웨이퍼(100) 중의 단일의 다이(108)를 나타내는 사시도이다. 증착이나 도금과 같은 방식으로 웨이퍼의 표면(101)상에 금속 막을 형성할 수 있으며, 이 금속 막을 패턴화해서 금속 층을 형성할 수 있다. 일례로, 표면상에 씨드층(seed layer)을 형성한 후, 패턴화 및 도금을 행하여 금속층을 형성해도 된다. 금속층의 일부는 적층된 부품을 접속하는 데에 사용되는 접속 패드(112)를 구성하도록 할 수 있다. 금속층은 재배열 층(redistribution layer)이 되도록 구성될 수 있다. 또한, 금속층의 일부는 접합 패드(106)부터 다이의 에지까지 전도성, 예를 들어 금속성의 트레이스로서 연장된다. 도 1d는 도 1a에 나타낸 웨이퍼(100)와 같은 웨이퍼의 단면도이지만, 금속층(110)이 추가되어 있다. 간단히 나타내기 위해, 본 도면에서는 각각의 다이 상의 접합 패드(106)의 각각의 세트와 접촉하는 접속 패드 영역(112)을 하나만 도시하고 있다. 단면에 따라, 원하는 레이아웃에 의해 하나 이상의 개별의 접속 영역을 포함할 수 있다.
도 1e는 웨이어에 대한 다음 처리 공정을 나타낸다. 도 1e에서는, 도 1d에 나타낸 조립체를 뒤집어서, 금속층(110)이 아래쪽을 향하도록 하고 별도의 임시 캐리어 기판(114)에 부착한다. 이러한 임시의 기판(114)은 접착층(116)을 사용해서 기본 기판(102)에 유지시킨다. 이후, 기본 기판(102)에 대하여, 그라인딩(grinding)이나 연마 와 같은 기술을 사용해서 원하는 두께까지 박형화할 수 있다. 그렇게 해서 만들어진 구조체(117)를 도 1f에 나타낸다.
웨이퍼에 대한 다음 처리 공정 단계를 도 1g에 나타낸다. 도 1g에서는, 기판(102)을 절개하거나 에칭해서 채널(118)을 만들어서, 제1 금속층(110)의 일부를 노출시키는 구멍(hole)을 개방시킨다. 일례로, 이러한 에칭은 반도체 기판과 금속층 사이의 중간층(intermediate layer)에서 정지하도록 규제되는 공정에 의해 수행될 수 있다. 이어서, 중간층의 일부를 제거해서 금속층(110)을 노출시킨다. 중간층은 유전체 층으로 해도 된다. 채널(118)은 하나 이상의 다이의 다수 개의 접합 패드에 접속된 금속층 부분을 노출시킬 수 있는 트렌치로 해도 된다. 도 1h는 기판(102)의 표면상에 유전체 층(dielectric layer)(120)을 형성하는 단계를 나타낸다. 유전체 층은 여러 용도 중에서 기판(102)의 노출된 표면을 보호하는 기능도 있다. 유전체 층은 기판(102)을 후속해서 형성되는 전도성 구조체로부터 절연시킨다. 채널(118)의 바닥부는 패시베이션 층(passivation layer)의 패턴화된 증착(patterned depostion)에 의해 클리어 상태로 되거나, 추가의 단계에서 노출될 수 있는 제1 금속층의 금속 트레이스를 덮는 재료가 남아 있을 수 있다. 어느 경우에서나, 도 1h의 제1 금속층의 일부분을 노출시켜 형성된다.
도 1i는 기판(102)의 뒤쪽 에지면(134)과 뒷면(132)을 따라 연장된 제2 금속층(122)을 형성하는 단계를 나타낸다. 점선은 다이(104)가 서로 분리될 수 있는 위치를 나타낸다. 제2 금속층(122)은, 제1 금속층과 마찬가지로, 접속 패드(126) 등의 트레이스를 포함할 수 있다. 접속 패드(126)는, 도 1c에도 나타낸 바와 같이, 다이(104)의 에지면으로부터 거리(107)만큼 떨어져 있을 수 있다. 즉, 접속 패드는 에지면에 닿지 않도록 되어 있다. 제1 금속층과 제2 금속층의 일부를 서로 전기적으로 접속하는 전도성 요소(124)가 다이 구조체의 에지를 따라 연장된다. 일례로, 전도성 요소(124)는 제2 금속층(122)의 일부분으로 형성되고, 전도성의 접속 패드(126) 및 제2 금속층의 관련 트레이스와 동시에 형성된다. 이와 달리, 금속층(122) 및 전도성 요소(124)는 별개의 과정에서 형성해도 된다. 전도성 요소와 금속층을 형성한 후에, 기판을 복수 개의 개별 다이 구조체로 분할하는데, 이에 대해서는 도 2a-2d와 관련해서 설명한다. 소자(200)를 제조하기 위해 앞서 설명한 단계들을 요약한 공정 흐름을 도 2e에 나타낸다.
제2 금속층의 접속 패드에 대한 크기, 형태 및 위치는 제1 금속층(110)의 접속 패드에 대한 크기, 형태 및 위치와 동일 또는 유사할 수 있지만, 다른 구성도 물론 가능하다. 다양한 층 위에 접속 패드를 배치하는 것은, 예를 들어 도 3을 참조해서 이하에 설명하는 것과 같은 적층형의 마이크로전자 조립체를 형성하기 위해 개별의 다이 구조체를 적층하는 것을 용이하게 할 수 있다.
도 2a는 이웃하는 요소로부터 분리한 마이크로전자 소자(200)의 최종 구조체의 일례의 단면을 나타낸다. 도 2d는 접합 패드(106)가 노출된 표면(201)의 반대 방향인 표면(203)을 나타내는 사시도이다. 도 2b는 전도성 요소(124)와 제1 금속층(110) 간의 접속의 예를 상세하게 나타낸다. 도 2b는 앞서 설명한 공정을 완료한 층들 간의 결합 구조체를 나타낸다. 유사한 금속층 및 이들 금속층 간의 결합구조를 형성하기 위한 공정은 미국특허 6,972,480호와 7,192,796호에 개시되어 있으며, 이들 특허문헌의 내용을 본 명세서에 참조에 의해 포함한다. 본 예에서의 전도성 요소(124)는 제1 금속층이 표면(201)을 따라 가로 방향으로 연장하는 방향으로 연장한다. 전도성 요소는 금속층 상에 도금될 수 있다. 전도성 요소의, 에지면(134)을 넘어 연장하는 부분의 길이는 싱귤레이션(singulation) 절단을 수행하는 방식이나 그외 다른 요인에 따라 달라질 수 있다. 변형 예로서, 전도성 요소(124')와 금속층(110') 사이의 결합 구조를 도 2c에 나타낸다. 도 2c에서, 전도성 요소(124')는 금속층(110')의 에지(208)를 따라 연장되어 있으며, 에지(208)는 금속층(110')의 두께 방향으로 표면(201)으로부터 멀어지도록 연장한다. 전도성 요소들 사이의 결합 구조와 유사한 구조를 형성하기 위한 공정에 대해서는, 미국특허 6,646,289호와 6,777,767호에 개시되어 있으며, 이들 특허문헌의 내용을 본 명세서에 참조에 의해 포함한다. 이러한 구조는, 채널(118)을 더 깊게 에칭하고 제1 금속층의 채널이 교차하는 부분 전체를 통하는 갭(gap)이 형성되는 경우에 이루어진다. 일례로, 마이크로전자 소자는, 도 2a에 나타낸 것과 마찬가지로, 적층 및 접속을 행하여 적층형의 다이 소자를 형성할 수 있다. 그 한가지 예를 도 3에 나타내고 있다. 도 3의 예에서, 다이 스택 조립체(die stack assembly)(300)는 실질적으로 동일한 4개의 마이크로전자 소자(200)로 이루어져 있다. 이러한 스택에서의 여러 소자(200)는 단일의 웨이퍼로 또는 상이한 웨이퍼로 만들 수 있다. 신뢰성과 수율을 향상시키기 위해, 각각의 다이 소자를 검사한 후에 적층해야, 조립을 행하기 전에 기능을 완전히 발휘할 수 있는 것을 보장할 수 있다. 스택을 형성하기 적합한 공지된 장치를 이용해서, 다이 스택(die stack)과 관련된 복합적인 수율 문제를 경감할 수 있다. 설명한 바와 같이, 이러한 적층 방법은 다이를 웨이퍼로부터 분리시킨 후에 적층하는 다이 레벨 공정(die-level process)인 것을 알 수 있을 것이다.
일례로, 다이 스택(300)은 기능적으로는 완료되었지만, 이것을 최종 형태로 패키지화하기 위한 추가의 과정을 필요로 할 수 있다. 임의의 추가의 패키지 단계는 당업자에게 잘 알려진 기술을 포함한다.
다른 예로서, 결합은 웨이퍼 레벨에서 이루어질 수 있다. 웨이퍼를 스택으로 결합한 후에, 완성된 다이 스택을 분리시킬 수 있다.
하나의 다이를 다음 층에 실제로 결합시키는 것은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 도 4a 및 도 4b는 2가지 예를 나타낸다. 도 4a에서, 도 2a에 나타낸 것과 같은, 마이크로전자 소자를 도시하고 있다, 도 4b에서, 전도성의 접합 재료(412)는 가용성의 금속성 결합용 금속이 될 수 있으며, 상부의 접속 패드(402) 상에 배치된다. 결합 금속으로는, 땜납, 주석, 인듐, 공융 또는 이러한 금속의 합금이나 다른 금속 조합이 될 수 있으며, 다른 방식으로 도금되거나 증착될 수 있다. 도시한 바와 같이, 결합 금속은 뒷면(403)에 노출된 접속 패드(402)에만 도포해도 되지만, 본 공정에서는 가장자리 전도성 요소(side conductive element) 또는 다이 표면의 다른 패드를 포함하는 노출된 금속 표면 중의 하나 이상에 금속을 배치할 수 있다. 어느 경우에서나, 결합 금속을 가진 다이가 정렬되고 적층된다. 이후 스택을 가열해서 면대면(face-to-face) 결합을 완료한다. 이와 달리, 전도성 페이스트, 예를 들어 은 함유 페이스트(silver-filled paste), 금 페이스트(gold paste), 땜납 페이스트 등을 전도성 접합 재료로 사용해서, 스택 내의 마이크로전자 소자의 전도성 요소들 사이에 전기 전도성 경로(electrically conductive path)를 형성할 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 어느 마이크로전자 소자의 앞면(201)은 다른 마이크로전자 소자의 뒷면(203)과 맞닿는다. 어느 마이크로전자 소자(200)의 앞면(201)에 있는 전기 전도성 요소는 다른 마이크로전자 소자(200)의 뒷면(203)에 있는 전기 전도성 요소에 전도가능하게 접합된다. 일례로, 2개의 마이크로전자 소자를 앞면(401)(도 4a 참조)이 서로 맞닿도록 배치할 수 있다. 이어서, 마이크로전자 소자(400)의 앞면(401)에 노출된 접속 패드를 다른 마이크로전자 소자의 앞면(401)에 노출된 접속 패드와 결합할 수 있다. 다른 예로서, 2개의 마이크로전자 소자의 뒷면을 서로 맞닿게 할 수 있으며, 이러한 뒷면 상의 접속 패드를 상기 설명한 방법으로 결합할 수 있다. 일례로, 전도성 요소의 접합(bonding)은, 예를 들어, 도 1i에 나타낸 것과 같이, 마이크로전자 소자(200)가 웨이퍼 형태로 부착된 상태에서, 서로 맞닿은 표면에서 이루어지도록 해도 된다.
다른 다이 스택의 예로서, 다이 스택은 여러 상이한 기능을 가진 다이를 이질적으로 배치한 구성이 가능하다. 도 5a는 이러한 것들 중 하나의 다이 스택 구조체(500)를 나타낸다. 다이 스택 구조체(500)는 도 3과 유사하지만, 스택 내의 개별의 소자는 상이하다. 본 예에서, 스택의 상단에 있는 2개의 다이(502)는 동일하지만, 바닥에 있는 2개의 다이(504, 506)는 상이하다. 예를 들어, 다이(502)는 메모리 요소가 될 수 있으며, 다이(504)는 메모리 컨트롤러가 될 수 있고, 다이(506)는 처리 유닛이 될 수 있다. 이러한 스택 구성에서, 개별 다이의 가로 방향(lateral)의 크기는 실질적으로 동일할 수 있으며, 중첩된 여러 다이 사이의 접속 패드는 실질적으로 동일한 위치에 배치될 수 있다. 다이 스택(500)은 다이 레벨에서 조립될 수 있지만, 다른 예에서는 임의의 웨이퍼 상의 웨이퍼 영역을 거의 낭비하지 않고서 웨이퍼 레벨에서 조립될 수도 있다. 이러한 다이 크기의 제한이 반드시 요구되는 것은 아니다. 도 5b는 다이 스택 구조체(510)가 기능과 크기가 모두 상이한 다이로 구성된 예를 나타낸다. 일례로, 다이를 적층하는 데에 있어서의 한가지 제한은, 인접한 면들에 있는 접속 패드가 동일한 위치에 배치되어 있다는 것이다. 도 5b에 나타낸 예에서, 다이(514)는 상면과 바닥면 상에 서로 매칭되지 않는 접속 패드를 포함하지만, 다이(512, 516)상의 것들과는 매칭하도록 구성된다.
일례로, 마이크로전자 소자의 접속 패드는 칩의 접합 패드 또는 그 부근에 위치한다. 소정의 구성에서, 이러한 배치에 의하면, 다이 스택 내의 다른 마이크로전자 소자와의 접속을 이루기 위한 금속 면의 사용가능한 영역이 충분하게 된다. 도 6a는 앞면, 즉 콘택이 있는 면(601)에 노출된 접합 패드(606)를 구비하는 다이(600)의 사시도를 나타낸다. 본 도면은 도 1c와 유사하다. 다이는 도 1a의 웨이퍼에 상당하는 하나 이상의 다이를 가진 웨이퍼의 일부이다. 금속층은 칩의 접합 패드의 위에 또는 접합 패드와 접촉하도록 형성된 접속 패드(604)를 포함할 수 있다. 많은 경우에, 칩의 접합 패드 간의 간격을 매우 가깝게 함으로써, 접합 패드 위의 금속층의 폭이 접합 패드 자체의 폭보다 실질적으로 더 큰 값을 갖지 않도록 할 수 있다. 변형 예로서, 접합 패드의 위에 금속층을 제공하지 않은 예를 도 6b에 나타낸다. 도 6b에서, 접합 패드는 에지에 근접해 있으며, 다이 영역의 에지까지 연장되도록 함으로써, 제2 금속화 단계에서 각각의 접합 패드를 전도성 요소를 통해 칩의 다른 표면에 접속할 수 있다. 다른 관점으로서, 본 공정의 후속하는 단계는 도 6a의 구조에 대해서 유사하다.
도 6a를 보면, 기판(602), 예를 들어 웨이퍼를 도 2e에 나타낸 공정과 유사한 방식으로 처리한다. 접합 패드의 위에 금속층을 형성하지 않은 경우(도 6b)에서는, 제1 금속화 단계를 우회했지만, 도 6c는 금속층(604)이 밑에 있는 접합 패드(606)를 덮고 있는 여러 개의 다이(600)를 포함하는 기판(602)의 예의 단면도를 나타낸다. 도 6d에서, 일례에 의하면, 기판을 뒤집어서 접착층(608)을 사용해서 임시 기판(610)에 접합한다. 도 6e는 다이의 뒷면을 박형화한 이후의 기판(602)을 나타낸다. 도 6f는 제1 금속층(604)(또는 변형 예에서는 접합 패드)을 노출시키기 위해 절단 또는 에칭을 행한 이후의 기판(602)을 나타낸다. 이어서, 일례에 따라, 박형화되고 에칭된 기판상에 유전체 패시베이션 층(dielectric passivation layer)(614)을 피복하면서, 도 6g에 나타낸 바와 같이, 제1 금속층의 일부를 노출시킨다. 일례에 의하면, 제2 금속층을 증착하고, 제1 금속층과 제2 금속층을 접속시키는 접속 패드(616) 및 전도성 요소(618)를 형성한다. 이렇게 해서 만들어진 구조체를 도 6h에 나타낸다. 점선을 따라 다이싱한 이후의 마이크로전자 소자(620)의 최종 구조체를 도 6i에 나타낸다.
마이크로전자 소자(620)를 결합해서, 앞서 설명한 실시예와 유사하게 다이 스택을 제공할 수 있다. 도 7은 다이 스택 조립체(700)의 예를 나타낸다. 다이 스택 내의 각각의 소자는 도 4a 및 도 4b에 나타낸 것과 같은 방법에 의해, 어느 마이크로전자 소자의 앞면에 있는 접속 패드(604)를 그 소자에 인접한 마이크로전자 소자의 뒷면에 노출된 접속 패드(616)에 결합시킬 수 있다. 이와 달리, 마이크로전자 소자는 앞면을 서로 맞닿게 하고 앞면에 있는 패드를 이러한 방법에 의해 결합시키는 방식으로 배치될 수 있다. 다른 예로서, 마이크로전자 소자는 뒷면을 서로 맞닿게 하고 그 위에 있는 패드를 결합시키는 방식으로 배치할 수 있다. 일반적으로 마이크로전자 소자(620)의 접속 패드의 결합 영역은 하나의 소자(200)(도 2 참조)보다 작기 때문에, 마이크로전자 소자를 서로 적절하게 배치하는 것을 신중히 하여야 한다. 다이 스택(700)은 동일한 요소를 사용하는 것으로 도시되어 있지만, 상이한 크기 및/또는 기능을 가진 소자로 형성해도 된다.
또 다른 예로서, 스택 내의 다이 간의 접속은 결합 단계 이후에 행해도 된다. 도 8a는 단일의 마이크로전자 소자(800)를 나타낸다. 마이크로전자 소자(800)는 도 2 및 도 7의 마이크로전자 소자와 유사하게 형성된다. 에지(804)에 노출된 전도성 요소(812)는 다이의 다른 면에 랩어라운드 브리지(wraparound bridge)를 제공하는 데에 사용되지 않지만, 추후의 전도성 접합을 위한 표면 영역을 제공하기 위해 접속 요소(예를 들어, 본드 리본, 트레이스 또는 패드)를 사용한다. 도 8b는 마이크로전자 소자(800)로부터 형성된 다이 스택(810)의 일실시예를 나타낸다. 스택 내의 각각의 소자는 접착층(802)에 의해 다음 소자에 부착된다. 이 시점에서, 마이크로전자 소자는 서로 전기적으로 접촉되어 있지 않을 수 있다. 소자를 전도가능하게 결합하기 위해, 솔더 볼 등의 리플로 가능한 재료(806)를, 가장자리 에지 부근의 스택의 상단에 형성할 수 있다. 열을 가하면, 리플로 가능한 재료(806)는 아래 방향으로 흘러서 스택 내의 마이크로전자 소자의 에지 면에 노출된 접속 요소를 서로 결합시킨다. 이에 의해 만들어진 스택 조립체(810)를 도 8b에 나타낸다.
다른 예로서, 상기 제조 방법(도 1a-1i)을 서로 결합된 2개 이상의 기판에 동시에 적용해서 내부적으로 적층된 다이를 갖는 마이크로전자 소자를 형성할 수 있다. 공정 흐름의 예를 도 9에 나타낸다. 본 예에서, 가장자리 전도성 요소(side conductive element)를 추가하기 전에 둘 이상의 기판의 뒷면을 결합시킬 수 있다. 이를 위해, 기판을 제1 금속층으로 패턴화하고 임시 캐리어 웨이퍼에 부착한다. 기판을 그라인딩, 연마 또는 그외 다른 방법에 의해 박형화한다. 이러한 공정의 결과는 도 10a에 나타내는데, 도 1f의 구조체(117)와 유사한 것이다. 제2 구조체(117)를 뒤집어서 접착층(1002)을 사용하여 제1 구조체(117)에 부착한다. 도 10c는 상부의 임시 캐리어 웨이퍼와 상부의 접착층을 제거한 후의 중간 웨이퍼 스택(1000)을 나타낸다. 다음으로, 도 10d에 나타낸 바와 같이, 기판과 중앙의 접착층(1002)을 절개하고 에칭하여 하부 기판의 제1 금속층을 노출시키는 채널(1004)을 형성한다.
본 예에서는, 별도의 패시베이션 단계를 필요로 하지 않는데, 이는 기판의 박형화된 표면이 중앙의 접착층을 향해 안쪽으로 향해 있기 때문이다. 그러나, 채널을 형성하는 방법에 따라 채널 내에 기판의 보호받지 못하는 영역이 있을 수 있기 때문에, 패시베이션 단계를, 채널을 형성한 후에 선택적인 단계로서 추가해도 된다. 도 10e는 금속층을 증착하고 패턴화하여, 각 소자(1020)의 제1 면(1001) 상의 도체, 예를 들어 트레이스, 접속 패드를 마이크로전자 소자의 제2 면(1003)에 접속하는 에지면에 가장자리 전도성 요소(1012)를 형성한 후의 웨이퍼 구조체(1010)를 나타낸다. 제3 금속층은 스택의 상부를 바닥부에 접속하는 가장자리 전도성 요소(1012)를 형성하며, 상부 기판의 패턴화된 금속층과 중첩되어, 금속층들 사이에 전기 전도성 경로를 형성할 수 있다. 금속층들이 일부 중첩되지만, 본 방법에 의하면 동일한 구조체를 공정의 일부로서 사용할 수 있기 때문에, 전체적인 과정은 단순하며 비용을 절감할 수 있다. 점선을 따라 분리한 후에, 중간 다이 스택 소자(1020)를 형성하는데, 이를 도 10f에 나타낸다. 이전 실시예와 마찬가지로, 다이 스택 소자(1020)는 도 4b, 도 7 또는 도 8a-8c와 관련해서 앞서 설명한 것과 같은 방법을 사용해서 복합적인 스택(1030) 내의 다른 유사한 소자에 결합시킬 수 있다. 소자(1020)를 중간 다이 스택 소자라고 할 수 있는데, 이 소자는 후속하는 적층 과정 없이 패키지화가 가능하고 자체적으로 사용될 수 있다.
변형 예로서, 상부 기판상의 제1 금속층을 형성하지 않아도 된다. 일례로, 구조체(1040)를 도 10h에 나타낸다. 이러한 변형 예에서, 구조체(1040)는 접착층을 사용하여 하부 기판에 결합되고 채널(1004)을 형성한다. 금속층을 증착하고 계속해서 패턴화함으로써, 도 10e의 구조체(1010)와 외양 및 기능이 실질적으로 동일한 구조체가 된다. 이 구조체를 계속해서 등가의 방식으로 처리 및 적층할 수 있다. 본 변형 예에서의 2개의 웨이퍼 기판을, 본 공정에서 요구되는 금속화 단계 중의 하나를 제거해서, 다소 상이하게 형성할 수 있다.
본 예에 대한 다른 변형 예로서, 도시하지는 않지만, 제2 웨이퍼 스택(1000)을 뒤집어서, 제1 웨이퍼 스택(1000)에 다른 접착층을 사용해서 부착한 다음, 상부 캐리어 웨이퍼를 제거할 수 있다. 이러한 조립체를 절개 및 금속화해서 4-레벨의 접속된 적층 소자를 형성할 수 있다.
또 다른 예로서, 두 개의 기판을, 전기적으로 접속하기 전에 페이스다운(face-down) 방식으로 처리할 수 있다. 도 11a는 도 1c의 구조체(111) 및 도 1f의 구조체(117)와 실질적으로 동일한 결합시킬 예정의 2개의 웨이퍼 구조체를 나타낸다. 구조체(111)를, 박형화할 임시 캐리어 웨이퍼에 부착하지 않고(도 1e 참조), 구조체(117)의 뒷면에 직접 부착한다. 이것을 도 11b에 나타낸다. 도 11b의 예에서 2개의 구조체가 접착층(1102)에 의해 부착된다. 도 11c는 상부 기판을 박형화한 결과를 나타낸다. 이후, 기판과 중앙의 금속층을 통해 채널을 형성한 것을 11d에 나타낸다. 도 11e에서, 제3 금속층을 증착하고 패턴화하여 구조체(1110)를 형성한다. 제3 금속층의 에지 전도성 요소 부분(1112)은 다른 금속층들과 접촉한다. 마지막으로, 하부 캐리어를 제거하고 마이크로전자 소자(1120)를 도 11f에 나타낸 바와 같이 분리시킨다. 이들 소자를 도 11g에 나타낸 바와 같이 또는 다른 방식으로 다이 스택 조립체(1130)로 적층시킨다.
본 발명에 대하여 특정의 실시예를 들어 설명하였지만, 이들 실시예는 본 발명의 원리와 응용을 예시할 뿐이다. 청구범위에 청구된 본 발명의 정신과 범위를 벗어남이 없이 예시한 실시예에 대한 많은 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (27)
- 마이크로전자 조립체로서,
제1 마이크로전자 소자; 및
제2 마이크로전자 소자;
를 포함하며,
상기 제1 마이크로전자 소자 및 상기 제2 마이크로전자 소자는 하나 이상의 반도체 다이(semiconductor die)를 포함하는 다이 구조체(die structure)를 각각 구비하고,
상기 제1 마이크로전자 소자 및 상기 제2 마이크로전자 소자는
제1 면;
상기 제1 면에 대향하는 제2 면;
상기 제1 면 및 상기 제2 면으로부터 직각이 아닌 각도로 연장하는 하나 이상의 에지 면(edge surface); 및
상기 제1 면을 따라서 상기 하나 이상의 에지 면으로 연장하고 하나 이상의 제2 전기 전도성 요소와 접촉하는 하나 이상의 제1 전기 전도성 요소
를 각각 포함하며,
상기 하나 이상의 제2 전기 전도성 요소는 상기 제2 면을 따라 연장하여, 상기 제1 면을 따르는 상기 제1 전기 전도성 요소에 상기 마이크로전자 조립체의 두께의 방향으로 대향되며,
상기 제1 마이크로전자 소자의 제1 전기 전도성 요소 또는 제2 전기 전도성 요소 중 적어도 하나는 상기 제2 마이크로전자 소자의 제1 전기 전도성 요소 또는 제2 전기 전도성 요소 중 적어도 하나에 전도가능하게 접합되어, 상기 제1 마이크로전자 소자 및 상기 제2 마이크로전자 소자 사이에 전기 전도성 경로를 제공하는
마이크로전자 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 마이크로전자 소자 각각의 적어도 하나의 제1 전기 전도성 요소는 제1 면 및 하나 이상의 에지 면 상에 도금(plating)에 의해 형성되는 제1 요소를 포함하고, 상기 제1 및 제2 마이크로전자 소자 각각의 적어도 하나의 제2 전기 전도성 요소는 제2 면 상에 도금에 의해 형성되는 제2 요소를 포함하고, 상기 제1 및 제2 마이크로전자 소자 각각의 제1 요소는 상기 제2 요소의 일부분 위에 도금되는, 마이크로전자 조립체. - 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 마이크로전자 소자 각각의 제1 요소는 상기 제1 요소가 도금되는 제2 요소의 일부분을 따라 연장하는, 마이크로전자 조립체. - 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 마이크로전자 소자 각각의 상기 제1 요소는 상기 제2 요소의 에지를 따라 연장하는, 마이크로전자 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 마이크로전자 소자의 하나 이상의 전기 전도성 요소는 상기 제2 마이크로전자 소자의 하나 이상의 전기 전도성 요소에 가용성의 금속(fusible metal)을 사용해서 전도가능하게 접합되는, 마이크로전자 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 마이크로전자 소자의 하나 이상의 전기 전도성 요소는 상기 제2 마이크로전자 소자의 하나 이상의 전기 전도성 요소에 전도성 페이스트(conductive paste)를 사용해서 전도가능하게 접합되는, 마이크로전자 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 마이크로전자 소자의 제1 면 및 제2 면 중의 하나는 상기 제2 마이크로전자 소자의 제1 면 및 제2 면 중의 하나와 맞닿고, 맞닿은 면에서 노출된 상기 전기 전도성 요소의 부분들을 서로 접합시키는, 마이크로전자 조립체. - 제7항에 있어서,
상기 제1 및 제2 마이크로전자 소자의 제1 전기 전도성 요소 또는 제2 전기 전도성 요소 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 마이크로전자 소자 각각의 제1 면 또는 제2 면에서 각각 노출된 전도성 패드(conductive pad)를 포함하며, 상기 전도성 패드는 서로 접합되는, 마이크로전자 조립체. - 제7항에 있어서,
상기 제1 또는 제2 마이크로전자 소자 중 적어도 하나의 하나 이상의 제1 전기 전도성 요소 또는 제2 전기 전도성 요소는 트레이스 및 전도성 패드를 포함하며, 하나 이상의 상기 전도성 패드는 상기 하나 이상의 마이크로전자 소자의 상기 하나 이상의 에지 면으로부터 일정 거리만큼 이격되어 배치된, 마이크로전자 조립체. - 제7항에 있어서,
상기 마이크로전자 소자 각각의 하나 이상의 전기 전도성 요소는 상기 하나 이상의 에지 면에 근접한 전도성 패드를 포함하는, 마이크로전자 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 마이크로전자 소자 각각의 상기 전도성 패드는 상기 하나 이상의 에지 면까지 연장된, 마이크로전자 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 다이 구조체 중의 하나 이상은 다수의 반도체 다이를 포함하는, 마이크로전자 조립체. - 제12항에 있어서,
상기 하나 이상의 다이 구조체에 포함된 상기 반도체 다이 중의 적어도 2개의, 접합 패드를 포함하는 면(bond pad-bearing surfaces)은 동일한 방향을 향하는, 마이크로전자 조립체. - 제12항에 있어서,
상기 하나 이상의 다이 구조체에 포함된 상기 반도체 다이 중의 적어도 2개의, 접합 패드를 포함하는 면은 상이한 방향을 향하는, 마이크로전자 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 또는 제2 마이크로전자 소자 중 적어도 하나의 에지 면은 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중의 적어도 하나의 면에 대하여 50도 내지 89도 사이의 각도로 연장하는, 마이크로전자 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 마이크로전자 소자는 세로(vertical) 방향으로 적층되며, 상기 제1 및 제2 마이크로전자 소자의 하나 이상의 에지 면은 상기 세로 방향으로부터 멀어지는 방향으로 서로 오프셋(offset)되어 있는, 마이크로전자 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 마이크로전자 소자의 제1 면은 가로(lateral) 방향으로 연장하고 상기 가로 방향으로 제1 치수(dimensions)를 가지며, 상기 제1 및 제2 마이크로전자 소자의 제1 면의 가로 방향 치수는 상이한, 마이크로전자 조립체. - 마이크로전자 조립체로서,
제1 마이크로전자 소자; 및
제2 마이크로전자 소자;
를 포함하며,
상기 제1 마이크로전자 소자 및 상기 제2 마이크로전자 소자는 하나 이상의 반도체 다이를 포함하는 다이 구조체를 각각 구비하고,
상기 제1 마이크로전자 소자 및 상기 제2 마이크로전자 소자는
제1 면;
상기 제1 면에 대향하는 제2 면;
상기 제1 면으로부터 직각이 아닌 각도로 연장하는 하나 이상의 에지 면; 및
상기 제1 면을 따라서 상기 하나 이상의 에지 면으로 연장하고 하나 이상의 제2 전기 전도성 요소와 접촉하는 하나 이상의 제1 전기 전도성 요소
를 각각 포함하고,
상기 하나 이상의 제2 전기 전도성 요소는 상기 제2 면을 따라 연장하여, 상기 제1 면을 따르는 상기 제1 전기 전도성 요소에 상기 마이크로전자 조립체의 두께의 방향으로 대향되며,
상기 제1 마이크로전자 소자의 제1 전기 전도성 요소 및 제2 전기 전도성 요소 중 적어도 하나는 상기 제2 마이크로전자 소자의 제1 전기 전도성 요소 또는 제2 전기 전도성 요소 중 적어도 하나에 전도가능하게 접합되어, 상기 제1 마이크로전자 소자 및 상기 제2 마이크로전자 소자 사이에 전기 전도성 경로를 제공하는
마이크로전자 조립체. - 제18항에 있어서,
상기 하나 이상의 에지 면은 상기 제1 면 및 상기 제2 면으로부터 직각이 아닌 각도로 연장하는, 마이크로전자 조립체. - 제18항에 있어서,
상기 제1 마이크로전자 소자의 하나 이상의 에지 면에 노출된 상기 전기 전도성 요소의 적어도 에지 부분이 상기 제2 마이크로전자 소자의 하나 이상의 에지 면에 노출된 상기 전기 전도성 요소의 적어도 에지 부분에 전도 가능하게 접합되어 상기 전기 전도성 경로를 제공하는, 마이크로전자 조립체. - 제20항에 있어서,
상기 제1 마이크로전자 소자의 전기 전도성 요소의 적어도 에지 부분은 상기 제2 마이크로전자 소자의 상기 전기 전도성 요소의 적어도 에지 부분에 가용성의 금속을 사용해서 접합되는, 마이크로전자 조립체. - 제20항에 있어서,
상기 제1 마이크로전자 소자의 전기 전도성 요소의 적어도 에지 부분은 상기 제2 마이크로전자 소자의 상기 전기 전도성 요소의 적어도 에지 부분에 전도성 페이스트를 사용해서 접합되는, 마이크로전자 조립체. - 적층형의 마이크로전자 조립체를 제조하는 방법으로서,
제1 마이크로전자 소자의 주요 면을 제2 마이크로전자 소자의 주요 면과 맞닿도록 배치하는 단계; 및
상기 제1 마이크로전자 소자의 주요 면에 노출된 하나 이상의 전기 전도성 요소를 상기 제2 마이크로전자 소자의 주요 면에 노출된 하나 이상의 전기 전도성 요소와 전도가능하게 접합하여, 상기 제1 마이크로전자 소자와 상기 제2 마이크로전자 소자 사이에 전기 전도성 경로를 제공하는 단계
를 포함하며,
상기 제1 마이크로전자 소자 및 상기 제2 마이크로전자 소자는 하나 이상의 반도체 다이를 포함하는 다이 구조체를 각각 구비하고,
상기 제1 마이크로전자 소자 및 상기 제2 마이크로전자 소자는 제1 주요 면, 상기 제1 주요 면과 대향하는 제2 주요 면, 상기 제1 주요 면으로부터 직각이 아닌 각도로 연장하는 하나 이상의 에지 면, 및 상기 제1 주요 면을 따라서 상기 하나 이상의 에지 면으로 연장하고 상기 제1 주요 면에서 하나 이상의 제2 전기 전도성 요소와 접촉하는 하나 이상의 제1 전기 전도성 요소를 각각 포함하며,
상기 하나 이상의 제2 전기 전도성 요소는 상기 제2 주요 면을 따라 연장하여, 상기 제1 주요 면을 따르는 상기 제1 전기 전도성 요소에 상기 마이크로전자 조립체의 두께의 방향으로 대향되는
적층형 마이크로전자 조립체의 제조 방법. - 적층형 마이크로전자 조립체를 제조하는 방법에 있어서,
제1 마이크로전자 소자와 제2 마이크로전자 소자를 포함하는 스택(stack)을 형성하는 단계로서, 상기 제1 마이크로전자 소자 및 상기 제2 마이크로전자 소자는 하나 이상의 반도체 다이를 포함하는 다이 구조체를 각각 구비하고, 상기 제1 마이크로전자 소자 및 상기 제2 마이크로전자 소자는 제1 면, 상기 제1 면과 대향하는 제2 면, 상기 제1 면으로부터 직각이 아닌 각도로 연장하는 하나 이상의 에지 면, 및 상기 제1 면을 따라서 상기 하나 이상의 에지 면으로 연장하고 하나 이상의 제2 전기 전도성 요소와 접촉하는 하나 이상의 제1 전기 전도성 요소를 각각 포함하며, 상기 하나 이상의 제2 전기 전도성 요소는 상기 제2 면을 따라 연장하여, 상기 제1 면을 따르는 상기 제1 전기 전도성 요소에 상기 마이크로전자 조립체의 두께의 방향으로 대향되는, 스택 형성 단계; 및
상기 제1 마이크로전자 소자의 에지 면에 노출된 하나 이상의 전기 전도성 요소의 부분들을 상기 제2 마이크로전자 소자의 에지 면에 노출된 하나 이상의 전기 전도성 요소에 전도가능하게 접합하여 상기 제1 마이크로전자 소자 및 상기 제2 마이크로전자 소자 사이에 전기 전도성 경로를 제공하는, 접합 단계
를 포함하는
적층형 마이크로전자 조립체의 제조 방법. - 제24항에 있어서,
상기 제1 마이크로전자 소자는 상기 제2 마이크로전자 소자의 위에 배치되며,
상기 접합 단계는 상기 제1 마이크로전자 소자의 하나 이상의 에지 면에 노출된 전기 전도성 요소에 근접해 있는 가용성의 금속을, 상기 가용성의 금속이 상기 제2 마이크로전자 소자의 하나 이상의 에지 면에 노출된 전기 전도성 요소로 흐르도록 가열함으로써 수행되는, 적층형 마이크로전자 조립체의 제조 방법. - 제25항에 있어서,
상기 가용성의 금속은 상기 제1 및 제2 마이크로전자 소자의 전기 전도성 요소 사이의 갭(gap)을 가교(bridge)하는, 적층형 마이크로전자 조립체의 제조 방법. - 제24항에 있어서,
상기 제1 마이크로전자 소자는 상기 제2 마이크로전자 소자의 위에 배치되며,
상기 접합 단계는 가용성의 전도성 재료가 상기 제2 마이크로전자 소자의 하나 이상의 에지 면에 노출된 전기 전도성 요소로 흐르도록, 상기 가용성의 전도성 재료를 상기 제1 마이크로전자 소자의 하나 이상의 에지 면에 노출된 상기 전기 전도성 요소로 투여함으로써 수행되는, 적층형 마이크로전자 조립체의 제조 방법.
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