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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5763775
(24)【登録日】2015年6月19日
(45)【発行日】2015年8月12日
(54)【発明の名称】絶縁されたスルーシリコンバイアを備えた半導体構造
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3205 20060101AFI20150723BHJP
H01L 21/768 20060101ALI20150723BHJP
H01L 23/522 20060101ALI20150723BHJP
H01L 21/312 20060101ALI20150723BHJP
H01L 25/065 20060101ALI20150723BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20150723BHJP
H01L 25/18 20060101ALI20150723BHJP
【ＦＩ】
H01L21/88 J
H01L21/90 P
H01L21/312 B
H01L25/08 Z
【請求項の数】24
【全頁数】22
(21)【出願番号】特願2013-536586(P2013-536586)
(86)(22)【出願日】2010年11月2日
(65)【公表番号】特表2013-542610(P2013-542610A)
(43)【公表日】2013年11月21日
(86)【国際出願番号】US2010055071
(87)【国際公開番号】WO2012060819
(87)【国際公開日】20120510
【審査請求日】2013年6月5日
(73)【特許権者】
【識別番号】509348786
【氏名又は名称】エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109586
【弁理士】
【氏名又は名称】土屋 徹雄
(72)【発明者】
【氏名】布施 憲一
【審査官】
正山 旭
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００５−１９１２５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−２８９０７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−０１０４９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−１３４９７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−２８７２１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−１８８１１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１０−０９２８０２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５
Ｈ０１Ｌ ２１／３１２
Ｈ０１Ｌ ２１／７６８
Ｈ０１Ｌ ２３／５２２
Ｈ０１Ｌ ２５／０６５
Ｈ０１Ｌ ２５／０７
Ｈ０１Ｌ ２５／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
スルーホールにポリイミド膜を形成する方法であって、
複数の積層半導体層を含む積層型半導体構造に、複数の前記積層半導体層に穿孔することにより、前記積層型半導体構造の内壁によって画定されるスルーホールを形成することと、
前記内壁をポリアミック酸の塩を含む溶液に露出することと、
前記内壁上にポリアミック酸を析出することと、
前記内壁上の前記析出されたポリアミック酸を、前記内壁をコーティングするポリイミド膜に変換することと、を含み、
前記内壁上に析出された前記ポリアミック酸の厚さを測定すること及び前記内壁を前記溶液に露出する時間を測定することのうち少なくともいずれか一方
をさらに含む方法。
複数の積層半導体層を含む積層型半導体構造に、複数の前記積層半導体層に穿孔することにより、前記積層型半導体構造の内壁によって画定されるスルーホールを形成することと、
前記内壁をポリアミック酸の塩を含む溶液に露出することと、
前記内壁上にポリアミック酸を析出することと、
前記内壁上の前記析出されたポリアミック酸を、前記内壁をコーティングするポリイミド膜に変換することと、を含み、
前記内壁上に析出された前記ポリアミック酸の厚さを測定すること及び前記内壁を前記溶液に露出する時間を測定することのうち少なくともいずれか一方
をさらに含む方法。
【請求項2】
前記析出されたポリアミック酸が、前記析出されたポリアミック酸を含む前記積層型半導体構造を加熱および脱水することに応答して、前記ポリイミド膜に変換される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記ポリイミド膜上に導電要素を形成することをさらに含み、前記ポリイミド膜は、前記導電要素を前記積層型半導体構造の前記半導体層から電気的に絶縁する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記積層型半導体構造にスルーホールを形成することが、レーザを用いて前記積層型半導体構造の前記複数の層に穿孔し前記スルーホールを画定する前記内壁を形成することを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
前記内壁からデスミアを除去することをさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項6】
１つまたは複数の他の半導体層と共に以後に積層された第１の半導体層を通過する第２のスルーホールを形成して前記積層型半導体構造を形成し、前記第１の半導体層の内壁が前記第２のスルーホールを画定するようにすることと、
前記第１の半導体層の前記内壁をポリアミック酸の塩を含む溶液に露出することと、
前記第１の半導体層の前記内壁上にポリアミック酸を析出することと、
前記第１の半導体層の前記内壁上の前記析出されたポリアミック酸を、前記第１の半導体層の前記内壁をコーティングするポリイミド膜に変換することと
をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
前記第１の半導体層の前記内壁をポリアミック酸の塩を含む溶液に露出することと、
前記第１の半導体層の前記内壁上にポリアミック酸を析出することと、
前記第１の半導体層の前記内壁上の前記析出されたポリアミック酸を、前記第１の半導体層の前記内壁をコーティングするポリイミド膜に変換することと
をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項7】
スルーホールにポリイミド膜を形成する方法であって、
複数の積層半導体層を含む積層型半導体構造に、複数の前記積層半導体層に穿孔することにより、前記積層型半導体構造の内壁によって画定されるスルーホールを形成することと、
前記内壁をポリアミック酸の塩を含む溶液に露出することと、
電流を用いて前記溶液を分解することと、
前記内壁上にポリアミック酸を析出することと、
前記内壁上の前記析出されたポリアミック酸を、前記内壁をコーティングするポリイミド膜に変換することと、を含み、
前記内壁上に析出された前記ポリアミック酸の厚さを測定すること及び前記内壁を前記溶液に露出する時間を測定することのうち少なくともいずれか一方
をさらに含む方法。
複数の積層半導体層を含む積層型半導体構造に、複数の前記積層半導体層に穿孔することにより、前記積層型半導体構造の内壁によって画定されるスルーホールを形成することと、
前記内壁をポリアミック酸の塩を含む溶液に露出することと、
電流を用いて前記溶液を分解することと、
前記内壁上にポリアミック酸を析出することと、
前記内壁上の前記析出されたポリアミック酸を、前記内壁をコーティングするポリイミド膜に変換することと、を含み、
前記内壁上に析出された前記ポリアミック酸の厚さを測定すること及び前記内壁を前記溶液に露出する時間を測定することのうち少なくともいずれか一方
をさらに含む方法。
【請求項8】
前記析出されたポリアミック酸が、前記析出されたポリアミック酸を含む前記積層型半導体構造を加熱および脱水することに応答して、ポリイミド膜に変換される、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記ポリイミド膜上に導電要素を形成することをさらに含み、前記ポリイミド膜は、前記導電要素を前記積層型半導体構造の前記半導体層から電気的に絶縁する、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項10】
ポリアミック酸の前記塩がアミン誘導体を含む、請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項11】
前記アミン誘導体がジエチルアミン、トリエチルアミン、ジフェニルアミンまたはトリアルキルアミンの中の１つまたは複数を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記溶液を形成するのに用いられる溶媒が、メチルエチルケトン、Ｎ−メチル−２ピロリドン、芳香族炭化水素、エチルセロソルブ、ジイソプロピルエーテル、エチルアセテート、クロロホルム、ジメチルスルホキシドまたはジメチルホルムアミドの中の１つまたは複数を含む、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項13】
前記内壁を前記溶液に露出する前に、前記溶液の所望の粘度に基づいて溶媒濃度を選択することをさらに含む、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項14】
スルーホールにポリイミド膜を形成する方法であって、
複数の積層半導体層を含む積層型半導体構造に、複数の前記積層半導体層に穿孔することにより、前記積層型半導体構造の内壁によって画定されるスルーホールを形成することと、
前記内壁上に絶縁膜を配置することと、
前記絶縁膜が前記内壁上に配置された後で、前記内壁をポリアミック酸の塩を含む溶液に露出することと、
前記内壁上にポリアミック酸を析出することと、
前記内壁上の前記析出されたポリアミック酸を、前記内壁をコーティングするポリイミド膜に変換することと、を含み、
前記内壁上に析出された前記ポリアミック酸の厚さを測定すること及び前記内壁を前記溶液に露出する時間を測定することのうち少なくともいずれか一方
をさらに含む方法。
複数の積層半導体層を含む積層型半導体構造に、複数の前記積層半導体層に穿孔することにより、前記積層型半導体構造の内壁によって画定されるスルーホールを形成することと、
前記内壁上に絶縁膜を配置することと、
前記絶縁膜が前記内壁上に配置された後で、前記内壁をポリアミック酸の塩を含む溶液に露出することと、
前記内壁上にポリアミック酸を析出することと、
前記内壁上の前記析出されたポリアミック酸を、前記内壁をコーティングするポリイミド膜に変換することと、を含み、
前記内壁上に析出された前記ポリアミック酸の厚さを測定すること及び前記内壁を前記溶液に露出する時間を測定することのうち少なくともいずれか一方
をさらに含む方法。
【請求項15】
前記析出されたポリアミック酸が、前記析出されたポリアミック酸を含む前記積層型半導体構造を加熱および脱水することに応答して、前記ポリイミド膜に変換される、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記内壁上にポリアミック酸を析出する前に、電流を用いて前記溶液を分解することをさらに含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項17】
前記絶縁膜が二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含む、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項18】
ポリアミック酸の前記塩がアミン誘導体を含む、請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項19】
前記アミン誘導体がジエチルアミン、トリエチルアミン、ジフェニルアミンまたはトリアルキルアミンの中の１つまたは複数を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
積層型半導体構造であって、
上に集積回路が形成されており、複数の積層半導体層に穿孔することにより形成されたスルーホールが通過している複数の積層半導体層と、
前記スルーホールを画定する前記積層型半導体構造の内壁の第１の部分の近傍に配置された電気コンタクト領域と、
前記内壁をポリアミック酸の塩を含む溶液に露出し、前記内壁上に析出するポリアミック酸を変換することによって生成されるポリイミド膜であって、前記第１の部分と異なる前記内壁の第２の部分の近傍において前記内壁をコーティングするポリイミド膜と、
前記内壁の前記電気コンタクト領域と電気的に接触している前記スルーホールのある部分を充填し、前記ポリイミド膜によって前記内壁の前記第２の部分から電気的に絶縁されている導電要素と、を含み、
前記内壁上に析出された前記ポリアミック酸の厚さを測定するセンサ及び前記内壁を前記溶液に露出する時間を測定するカウンタのうち少なくともいずれか一方が用いられる、積層型半導体構造。
上に集積回路が形成されており、複数の積層半導体層に穿孔することにより形成されたスルーホールが通過している複数の積層半導体層と、
前記スルーホールを画定する前記積層型半導体構造の内壁の第１の部分の近傍に配置された電気コンタクト領域と、
前記内壁をポリアミック酸の塩を含む溶液に露出し、前記内壁上に析出するポリアミック酸を変換することによって生成されるポリイミド膜であって、前記第１の部分と異なる前記内壁の第２の部分の近傍において前記内壁をコーティングするポリイミド膜と、
前記内壁の前記電気コンタクト領域と電気的に接触している前記スルーホールのある部分を充填し、前記ポリイミド膜によって前記内壁の前記第２の部分から電気的に絶縁されている導電要素と、を含み、
前記内壁上に析出された前記ポリアミック酸の厚さを測定するセンサ及び前記内壁を前記溶液に露出する時間を測定するカウンタのうち少なくともいずれか一方が用いられる、積層型半導体構造。
【請求項21】
前記ポリイミド膜の厚さが５マイクロメートルから１０マイクロメートルまでの範囲にある、請求項２０に記載の積層型半導体構造。
【請求項22】
前記ポリイミド膜の比誘電率が３．０から３．５５までの範囲にある、請求項２０又は２１に記載の積層型半導体構造。
【請求項23】
前記ポリイミド膜の散逸率が０．００２５％である、請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の積層型半導体構造。
【請求項24】
前記複数の積層半導体層が、前記第１の層の内壁によって画定された第２のスルーホールを有する第１の層を含み、
前記第１の層の前記内壁の第１の部分の近傍に配置されており、前記第１の層の第１の側上の集積回路に電気的に結合された第１の電気コンタクト領域と、
前記第１の層の前記内壁の第２の部分の近傍に配置されており、前記第１の層の第２の側上の集積回路に電気的に結合された第２の電気コンタクト領域と、
前記第１の層の前記内壁の前記第１および第２の部分と異なる前記第１の層の前記内壁の第３の部分の近傍において前記第１の層の前記内壁をコーティングするポリイミド膜と、
前記第１の層の前記内壁の前記第１および第２の電気コンタクト領域と電気的に接触している前記第２のスルーホールのある部分を充填する導電要素と
をさらに含む、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の積層型半導体構造。
前記第１の層の前記内壁の第１の部分の近傍に配置されており、前記第１の層の第１の側上の集積回路に電気的に結合された第１の電気コンタクト領域と、
前記第１の層の前記内壁の第２の部分の近傍に配置されており、前記第１の層の第２の側上の集積回路に電気的に結合された第２の電気コンタクト領域と、
前記第１の層の前記内壁の前記第１および第２の部分と異なる前記第１の層の前記内壁の第３の部分の近傍において前記第１の層の前記内壁をコーティングするポリイミド膜と、
前記第１の層の前記内壁の前記第１および第２の電気コンタクト領域と電気的に接触している前記第２のスルーホールのある部分を充填する導電要素と
をさらに含む、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の積層型半導体構造。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
特別に断わることのない限り、本出願で説明される内容は本出願における特許請求の範囲に対する従来技術ではなく、この部分に含めることによって従来技術として認められることはない。
【0002】
半導体技術では、３次元集積回路は、シリコンウエハおよび／またはダイをそれらが単一のデバイスとして振る舞うように積み重ね、垂直方向に相互接続することによって構築される単一の集積回路である。本発明は、複数のシリコンウエハを積み重ね垂直方向に相互接続することにより、３次元集積回路のフットプリント、速度および／または能力に関し、従来型の集積回路と比較して、様々な効果が実現されることを認識するものである。
【0003】
スルーシリコンバイア（ＴＳＶ）は、３次元集積回路の積み重ねられたウエハを垂直方向に通過する導電性の機構であり、積み重ねられたウエハの間で垂直方向の相互接続を提供することができる。しかし、積み重ねられたウエハは導電性を有する半導体材料から形成されているので、本発明では、一般的に、これらの積み重ねられたウエハは、これらの積み重ねられたウエハを通過するＴＳＶから絶縁する必要があると考える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本出願で説明される技術は、一般的に、積層型半導体構造に関する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
いくつかの例では、ポリイミド膜を形成する方法が説明される。例示的な方法は、複数の積層半導体層を含む積層型半導体構造にスルーホールを形成することを含みうる。積層型半導体構造の内壁が、スルーホールを画定することができる。内壁は、内壁上に析出されうるポリアミック酸の塩および／またはポリアミック酸を含む溶液に露出することができる。内壁上の析出されたポリアミック酸は、内壁を実質的にコーティングするポリイミド膜に変換することができる。
【0006】
いくつかの例では、上に集積回路が形成されている複数の積層半導体層を含みうる積層型半導体構造が説明される。積層半導体層は、積層半導体層それ自体を通過するスルーホールを含みうる。電気コンタクト領域を、スルーホールを画定する積層型半導体構造の内壁の第１の部分の近傍に配置することができる。ポリイミド膜が、第１の部分と異なる内壁の第２の部分の近傍において内壁を実質的にコーティングすることができる。導電要素を用いて、スルーホールの一部を充填することができ、内壁の電気コンタクト領域と電気的に接触する。導電要素は、ポリイミド膜によって、内壁の第２の部分から電気的に絶縁することができる。
【0007】
いくつかの例では、ポリイミド膜を形成する方法が説明されるが、この方法は、積層半導体構造の複数の積層半導体層を穿孔しスルーホールを形成することを含みうる。それぞれの半導体層は、それぞれの片側または両側の上に形成された１つまたは複数の集積回路を含みうる。スルーホールを画定する積層型半導体構造の内壁上に含まれる電気コンタクト領域を、マスキングすることができる。所定の時間間隔の間、積層型半導体構造をポリアミック酸の塩を含む溶液に露出することができる。積層型半導体構造を溶液に露出する間、ポリアミック酸が溶液から内壁のマスキングされていない領域の上に析出され析出構造を形成するように、電流を用いて溶液を分解する。所定の時間間隔の終了後に、析出構造の溶液への露出を停止することができる。析出構造の溶液への露出を停止した後で、内壁のマスキングされていない領域上の析出されたポリアミック酸を、内壁のマスキングされていない領域を実質的にコーティングするポリイミド膜に変えるために、析出構造を加熱および脱水する。マスキングを除去し、内壁の電気コンタクト領域を露出させることができる。スルーホール内部に導電要素を堆積し、導電要素が内壁の電気コンタクト領域に電気的に接合され、ポリイミド膜によって内壁の他の部分から電気的に絶縁されるようにすることができる。
【0008】
以上の概要は、単に説明目的であり、いかなる意味でも限定を意図していない。上述した説明のための態様、実施形態および特徴に加えて、図面と以下の詳細な説明とを参照することによって、さらなる態様、実施形態および特徴が明らかになるはずである。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本出願で説明される少なくともいくつかの実施形態に従って構成されている積層型半導体構造の説明のための実施形態の断面図である。
【図3】本出願で説明される少なくともいくつかの実施形態に従って構成されているポリイミド膜を形成するためのシステムの説明のための実施形態のブロック図である。
【図4A】本出願で説明される少なくともいくつかの実施形態に従って構成されている積層型半導体構造のスルーホールにポリイミド膜を形成する方法の例示的なフローチャートである。
【図4B】本出願で説明される少なくともいくつかの実施形態に従って構成されている半導体層の層内相互接続のためのスルーホールにポリイミド膜を形成する方法の例示的なフローチャートである。
【図5A】本出願で説明される少なくともいくつかの実施形態に従って構成されている積層型半導体構造のスルーホールにポリイミド膜を形成する別の方法の例示的なフローチャートである。
【図5B】本出願で説明される少なくともいくつかの実施形態に従って構成されている半導体層の層内相互接続のためのスルーホールにポリイミド膜を形成する別の方法の例示的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下の詳細な説明では添付の図面を参照するが、添付の図面は詳細な説明の一部を形成するものとする。図面においては、類似の記号は、コンテキストからそうではないことが示されない限り、通常は、類似の構成要素を識別するものとする。詳細な説明、図面および特許請求の範囲に記載された説明のための実施形態は、限定を意図したものではない。本出願に記載されている主題の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を用いることができるし、他の変更を行うこともできる。本出願で一般的に説明され図面で図解されている本発明の特徴は、広範囲の異なる構成で構成され、置換され、組み合わされ、分離されおよび設計されることが可能であり、これらは、すべて本発明に含まれるものとする。
【0011】
本出願で開示されているいくつかの実施形態は、一般的に、３次元の集積回路など積層型半導体構造に関する。例示的な実施形態には、積み重ねられた複数の半導体層を備えた積層型半導体構造が含まれる。積層型半導体構造は、複数の半導体層を貫通するスルーホールを含みうる。積層型半導体構造の内壁は、スルーホールを画定することができる。電気コンタクト領域を、内壁の第１の部分の近傍に配置することができる。ポリイミド膜が、第１の部分とは異なる内壁の第２の部分の近傍の内壁を実質的にコーティングすることができる。導電要素を、スルーホールの一部を充填し、電気コンタクト領域と電気的に接触するように配置することができる。ポリイミド膜は、この導電要素を内壁の第２の部分から電気的に絶縁することができる。
【0012】
ポリイミド膜は、ポリアミック酸などのポリイミドの前駆物質を用いて、形成することができる。例えば、スルーホールは、積み重ねられた複数の半導体層を含む積層型半導体構造において形成することができ、この場合、積層型半導体構造の内壁がスルーホールを画定している。内壁は、ポリアミック酸の塩を含む溶液に露出される。ポリアミック酸は、例えば電気分解によって、内壁上に析出される。内壁上の析出されたポリアミック酸は、例えば析出されたポリアミック酸を含む積層型半導体構造を加熱および／または脱水することにより、内壁を実質的にコーティングするポリイミド膜に変換することができる。
【0013】
図１には、本出願で説明される少なくともいくつかの実施形態によって構成された積層型半導体構造の断面図の説明のための例が示されている。積層型半導体構造１００は、いくつかの実施形態における３次元集積回路でありうる。いくつかの例では、積層型半導体構造は、限定を意図しないが、プロセッサ、マルチコアプロセッサ、コントローラ、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、メモリデバイス、システムオンチップ（ＳＯＣ）または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む任意の適切なタイプの回路でありうる。
【0014】
積層型半導体構造１００は、複数の半導体層１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ（集合的に「半導体層１０２」と称する）を含みうる。半導体層１０２は、半導体ウエハまたは半導体ウエハから切り出された個別のダイから形成されるのが一般的であり、ドープされたまたはドープされていないシリコンまたはそれ以外の適切な半導体材料を含みうる。図１には３つの半導体層１０２が図解されているが、本出願で開示される実施形態は、より一般的に、２つまたはそれより多くの半導体層１０２を有する積層型半導体構造１００を含む。
【0015】
それぞれの半導体層１０２は、対応する半導体層１０２の片側または両側に形成されている電気回路１０４Ａ〜１０４Ｄを含む、１つまたは複数の電気回路１０４を含みうる。図１の図解されている実施形態では、それぞれの半導体層１０２は、それぞれの半導体層１０２の２つの対向する側の上に電気回路１０４を含んでいるが、他の実施形態では、半導体層１０２の１つまたは複数は、それぞれの半導体層１０２の一方の側に電気回路１０４が含まれる。電気回路１０４は、表面相互接続１０６、層内相互接続１０８およびスルーシリコンバイア（ＴＳＶ）１１０の中の１つまたは複数によって電気的に結合することができる。
【0016】
表面相互接続１０６は、表面相互接続１０６Ａを含みうる。表面相互接続１０６は、隣接する半導体層１０２上の複数の電気回路１０４を電気的に結合するように構成することができる。例えば、表面相互接続１０６Ａは、半導体層１０２Ｂの上の電気回路１０４Ａと半導体層１０２Ｃの上の電気回路１０４Ｂとを電気的に結合するように構成されている。表面相互接続１０６は、例えば、金、ハンダなどの金属合金材料、多結晶シリコンなどの半導体材料または任意の他の適切な材料などから形成されうる。
【0017】
層内相互接続１０８は、層内相互接続１０８Ａを含みうる。層内相互接続１０８は、同一の半導体層１０２の対向する両側上の電気回路１０４を電気的に結合するように構成することができる。例えば、層内相互接続１０８Ａは、半導体層１０２Ａの対向する両側の上にある電気回路１０４Ｃと電気回路１０４Ｄとを電気的に結合する。層内相互接続１０８は、銅、スズ、銀またはそれ以外の適切な材料から形成することができる。図１の半導体層１０２はそれぞれが単一の層内相互接続１０８を含んでいるが、他の実施形態では、与えられた半導体層１０２が、少ない場合には層内相互接続１０８を全く有していないことも、または、多い場合には２またはそれよりも多くの層内相互接続１０８を有する場合もある。
【0018】
ＴＳＶ１１０は、半導体層１０２に電気的に結合するように構成することができる。図解されている実施形態では、ＴＳＶ１１０は、積層型半導体構造１００の半導体層１０２を貫通するように構成することができる。ＴＳＶ１１０の一端は上側ボンドパッド１１２Ａに結合することができ、ＴＳＶ１１０の他端は下側のボンドパッド１１２Ｂに結合されている。図１では積層型半導体構造において単一のＴＳＶ１１０が図解されているが、他の実施形態では、積層型半導体構造が２つまたはそれより多くのＴＳＶ１１０を含むことがありうる。ＴＳＶ１１０に関する追加的な詳細は、後述する。
【0019】
絶縁層１１４を、隣接する半導体層１０２の間に提供して、隣接する半導体層１０２を相互から電気的に絶縁することができる。絶縁層１１４は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化チタン（ＴｉＮ）またはそれ以外の適切な材料である。
【0020】
図２Ａは、本出願で説明される少なくともいくつかの実施形態によって構成された、図１の積層型半導体構造１００の一部の詳細な断面図の説明のための例を示している。積層型半導体構造１００は、積層型半導体構造１００の内壁２０４によって画定されたスルーホール２０２を含みうる。スルーホール２０２は、半導体層１０２Ａを貫通するように構成することができる。図２Ａには示されていないが、スルーホール２０２は、追加的に、半導体層１０２Ｂおよび１０２Ｃを貫通することもありうる。
【0021】
スルーホール２０２は、約５０マイクロメートル（μｍ）の直径Ｄと、約１００マイクロメートルの長さＬとを有しうる。他の実施形態では、スルーホール２０２の直径が５０マイクロメートルより大きいまたは小さく、スルーホール２０２の長さが１００マイクロメートルよりも大きいまたは小さいことがありうる。Ｄ／Ｌの比率を、本出願では、スルーホール２０２のアスペクト比と称する。
【0022】
図解されている実施形態では、ＴＳＶ１１０は、内壁２０４の第１の部分の近傍に配置された１つまたは複数の電気コンタクト領域２０６に電気的に結合することができる。電気コンタクト領域２０６は、例えば、半導体層１０２Ａの電気回路１０４への電気的接続を含みうる。従って、ＴＳＶ１１０は、電気コンタクト領域２０６を通じて半導体層１０２の内部の電気回路１０４に結合することができる。
【0023】
半導体層１０２は、一般的に半導体材料で形成されるので、導電性でありうる。従って、ポリイミド膜２０８は、半導体層１０２からＴＳＶ１１０を絶縁するように提供することができる。特に、ポリイミド膜２０８は、電気コンタクト領域２０６に対応する第１の部分とは異なる内壁２０４の第２の部分の近傍の内壁２０４を実質的にコーティングする。
【0024】
ポリイミド膜２０８は、数マイクロメートル（μｍ）の厚さを有しうる。いくつかの実施形態では、ポリイミド膜２０８の厚さは、約１０マイクロメートル未満でありうる。他の実施形態では、ポリイミド膜２０８の厚さは、約５マイクロメートルから約１０マイクロメートルであるか、または、約７マイクロメートルから約９マイクロメートルである
【0025】
あるいは、または、それに加えて、ポリイミド膜２０８は、数ファラッド／メートル（Ｆ／ｍ）の誘電率を有しうる。いくつかの実施形態では、ポリイミド膜２０８の誘電率は、約３．５５Ｆ／ｍ未満であることがある。他の実施形態では、ポリイミド膜の誘電率は、約３．０Ｆ／ｍから約３．５５Ｆ／ｍまたは約３．１５から約３．４Ｆ／ｍの範囲にありうる。
【0026】
あるいは、または、それに加えて、ポリイミド膜２０８は、約０．００３５未満の散逸率を有しうる。他の実施形態では、ポリイミド膜２０８の散逸率は、約０．００１５から約０．００３５の範囲でありうる。また他の実施形態では、ポリイミド膜２０８の散逸率は、約０．００２５であり。
【0027】
ＴＳＶ１１０は、ポリイミド膜２０８の形成の後に、スルーホール２０２の内部に形成することができる。図２Ａの図解されている例では、ＴＳＶ１１０は、ポリイミド膜２０８の形成の後で当初は空のままであるスルーホール２０２の部分を充填する。特に、ＴＳＶ１１０は、スルーホール２０２を少なくとも部分的に充填する銅メッキまたはそれ以外の導電性メッキでありうる。より一般的には、ＴＳＶ１１０は、スルーホール２０２の一部を完全にまたは部分的に充填する導電要素でありうる。ＴＳＶ１１０を形成するのに用いることができる材料の例としては、限定を意味しないが、銅、銅合金、アルミニウム、銀、金、ニッケル、スズ、ポリシリコンなどの半導体材料、導電性ポリマまたはそれ以外の適切な材料が含まれる。
【0028】
オプションであるが、ポリイミド膜２０８は、半導体層１０２Ａの上側表面２１０の少なくとも一部をコーティングして、上側ボンドパッド１１２Ａと半導体層１０２Ｃとを相互に絶縁するように追加的に構成することができる。示されていないが、ポリイミド膜２０８は、半導体層１０２Ｃの下側表面２１０の少なくとも一部をコーティングして、下側ボンドパッド１１２Ｂと半導体層１０２Ｃとを相互に絶縁するように追加的に構成することができる。
【0029】
図２Ｂは、本出願で説明される少なくともいくつかの実施形態によって構成された、図１の積層型半導体構造１００の一部の詳細な断面図の説明のための例を示している。図２Ｂの実施形態は、図２Ａの実施形態とほぼ類似しており、同様の参照番号は、同様の構成要素を示している。
【0030】
図２Ａとは対照的に、図２Ｂの実施形態は、ポリイミド膜２０８と内壁２０４との間の内壁２０４上に形成された絶縁膜２１２を含む。この絶縁膜２１２は、例えば、ＳｉＯ２、窒化チタンＴｉＮまたはそれ以外の適切な材料を含みうる。
【0031】
さらに、図２Ｂの図解されている例では、絶縁膜２１２またはポリイミド膜２０８の一方または両方が、半導体層１０２Ａの上側表面２１０および／または半導体層１０２Ｃの下側表面の少なくとも一部をコーティングし、半導体層１０２Ａ、１０２Ｃを上側および下側ボンドパッド１１２Ａ、１１２Ｂから絶縁するように構成することができる。
【0032】
示されていないが、層内相互接続１０８は、図２Ａおよび２３Ｂに示されているのと類似する態様で構成することができる。例えば、それぞれの層内相互接続１０８は、銅メッキ、または、単一の半導体層１０２を貫通するスルーホールを少なくとも部分的に充填するように適用されたそれ以外の適切な導電要素を含み、層内相互接続１０８は、ポリイミド膜の上に形成され、ポリイミド膜は、単一の半導体層１０２の内壁上に形成され、この内壁がスルーホールを画定している。
【0033】
図に３は、本出願に記載されている少なくともいくつかの実施形態によって構成された積層型半導体構造のＴＳＶまたは層内相互接続のためにスルーホールにポリイミド膜を形成するシステム３００の説明目的の例が示されている。図３には、ポリイミド膜を形成するための構成要素のいくつかまたはすべてを自動的に制御可能であることが、図解されている。制御モジュール３０２は、プロセッサ３０４を用いて、メモリ３０６に記憶されているコンピュータ実行可能な命令を実行することができる。図３には、プロセッサ３０４とメモリ３０６とが制御モジュール３０２の内部に含まれている様子が図解されているが、他の実施形態では、プロセッサ３０４とメモリ３０６とを制御モジュール３０２と離して提供することが可能である。制御モジュール３０２は、レーザドリル３０８、電気分解装置３１０、オーブン３１２および１つまたは複数の搬送デバイス３１４の中の１つまたは複数に結合されることが可能である。制御モジュール３０２は、さらに、堆積装置３１６、デスミア装置３１８およびマスキングジグ３２０の中の１つまたは複数に接続されることも可能である。
【0034】
制御モジュール３０２は、以下で述べる操作、機能または動作の中の１つまたは複数を自動化された態様で実行するように構成要素３０８、３１０、３１２、３１４、３１６、３１８および３２０を制御するように、構成することができる。
【0035】
レーザドリル３０８は、積層型半導体構造にスルーホールを形成するように構成することができる。例えば、レーザドリル３０８は、積層型半導体構造を穿孔するように構成することができる。レーザドリル３０８は、例示であって限定ではないが、Ｑスイッチ式Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、フラッシュランプポンプ式Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、エキシマレーザまたはそれ以外の適切なレーザを含みうる。
【0036】
他の実施形態では、プラズマエッチャなどのエッチングツールが、積層型半導体構造にスルーホールを形成するために提供される。エッチングツールは、ディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）などのドライエッチング法やそれ以外の適切なエッチング法を実現することによって、スルーホールを形成することができる。
【0037】
電気分解装置３１０は、積層型半導体構造をポリアミック酸の塩を含む溶液に露出し、電流を用いて溶液を分解して、積層型半導体構造においてスルーホールを画定する内壁上にポリアミック酸を析出させるように構成することができる。電気分解装置３１０は、溶液に積層型半導体構造を浸して積層型半導体構造を溶液に露出する電解槽を含みうる。
【0038】
電気分解装置３１０は、また、電流源に結合されリードを含むことがあるが、リードの少なくとも１本は、溶液に浸された積層型半導体構造に結合することにより、溶液に電流を流して溶液を分解するときに積層型半導体構造が電極として機能するようにできる。溶液の分解は、その結果として、積層型半導体構造の内壁上にポリアミック酸の析出が生じる。
【0039】
オプションであるが、電気分解装置３１０は、追加的に、積層型半導体構造の内壁上に析出されたポリアミック酸の厚さを測定するセンサを含む。析出されたポリアミック酸の所定の厚さが測定されると、電気分解装置３１０は、例えば電解槽から溶液を排出するまたは積層型半導体構造を電解槽から取り出すことによって、積層型半導体構造の溶液への露出を終了させるように構成することができる。
【0040】
あるいは、または、それに加えて、電気分解装置３１０は、また、所定の時間間隔をカウントダウンするように構成されたタイマを含むことがある。電気分解装置３１０を、時間間隔が終了すると、上述したように積層型半導体構造の露出を終了するように構成することができる。
【0041】
オーブン３１２は、積層型半導体構造の内壁上に析出したポリアミック酸をポリイミド膜に変換するように構成することができる。例えば、オーブン３１２は、積層型半導体構造を加熱および脱水することで、析出されているポリアミック酸をポリイミドに変換するように構成されうる。
【0042】
搬送デバイス３１４は、物品をある位置から別の位置に搬送するためのアーム、コンベアベルトまたはそれ以外の適切なデバイスを含みうる。特に、搬送デバイス３１４は、積層型半導体構造を、レーザドリル３０８、電気分解装置３１０、オーブン３１２、堆積装置３１６、デスミア装置３１８およびマスキングジグ３２０の中の１つまたは複数へ、または、それらから搬送するように構成することができる。
【0043】
堆積装置３１６は、積層型半導体構造を溶液に露出させる前に、積層型半導体構造の内壁上に絶縁膜を堆積するように構成することができる。あるいは、または、それに加えて、堆積装置３１６は、スルーホール内部のポリイミド膜の上に導電要素を形成するように構成することができる。堆積装置３１６は、化学的堆積、物理的堆積、スパッタリング、分子ビームエピタキシまたはそれ以外の適切な堆積技法の中の１つまたは複数を実現することができる。図３には単一の堆積装置３１６が示されているが、システム３００は、同一のまたは異なる堆積技法を実現する複数の堆積装置３１６を含むこともある。
【0044】
デスミア装置３１８は、積層型半導体構造の内壁からデスミアを除去するように構成することができる。デスミアは、積層型半導体構造におけるスルーホールが例えばレーザドリリングによって形成されるときに、生じうる。デスミア装置３１８は、スルーホールを通過するようにプラズマを流すことによりデスミアを除去するプラズマデスミア装置、スルーホールを通過するように液体および研磨粒子を流すことによりデスミアを除去するウェットブラスト装置またはそれ以外の適切な装置を含みうる。
【0045】
マスキングジグ３２０は、積層型半導体構造の内壁上に含まれる電気コンタクト領域をマスキングして、その電気コンタクト領域上でのポリイミドの形成を防止するように構成することができる。例えば、マスキングジグ３２０は、ポリイミド膜を内壁上に形成する前に、電気コンタクト領域にマスク材料を適用するように構成することができる。マスク材料は、ロストワックスまたはそれ以外の適切なマスキング材料を含みうる。
【0046】
図４には、本出願に記載される少なくともいくつかの実施形態に従って構成された積層型半導体構造のＴＳＶのためのスルーホールにポリイミド膜を形成する方法４００の図解による例が示されている。方法４００は、ブロック４０２、４０４、４０６および／または４０８の１つまたは複数によって図解されているように、様々な操作、機能または動作が含まれる。方法４００は、ブロック４０２で開始しうる。
【0047】
ブロック４０２では、「構造の内壁によって画定されるスルーホールを形成する」との記載があるように、複数のスタック状の半導体層を含む積層型半導体構造においてスルーホールを形成することができる。このスルーホールは、積層型半導体構造の内壁によって画定することができる。このスルーホールは、図３のレーザドリル３０８などのレーザドリル、エッチングツール、または、レーザドリリングやＤＲＩＥなどの任意の適切な方法もしくはプロセスを実現するそれ以外の適切なデバイスによって、形成されうる。いくつの実施形態では、それぞれの半導体層は、その上に１つまたは複数の集積回路が形成されている。ブロック４０２には、ブロック４０４が続きうる。
【0048】
ブロック４０４では、「ポリアミック酸の塩を含む溶液に内壁を露出する」との記載があるように、内壁を、ポリアミック酸の塩を含む溶液に露出させることができる。内壁を溶液に露出させることは、積層型半導体構造を溶液の中に浸すことを含みうる。例えば、溶液は、図３の電気分解装置３１０などの電気分解装置の電解槽の中に提供されうる。内壁の溶液への露出は、例えば制御モジュール３０２によって制御することが可能であり、制御モジュール３０２は、電気分解装置３１０に含まれているまたは電気分解装置とは別個に設けられているセンサまたはタイマから受け取られた１つまたは複数の信号に基づいて、露出を停止するように電気分解装置３１０に命令しうる。
【0049】
いくつかの実施形態では、ポリアミック酸の塩は、アミン誘導体の塩である。アミン誘導体には、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジフェニルアミンまたはトリアルキルアミンの中の１つまたは複数が含まれうる。あるいは、または、それに加えて、溶液を形成するのに用いられる溶媒には、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）などのケトン系の溶媒、エチルセロソルブやジイソプロピルエーテルなどのエーテル系の溶媒、エチルアセテートなどのエステル系の溶媒、クロロホルムなどの有機ハロゲン系の溶媒、Ｎ−メチル−２ピロリドン（ＮＭＰ）、芳香族炭化水素、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などそれ以外の溶媒、またはそれ以外の適切な溶媒の中の１つまたは複数が含まれる。
【0050】
いくつかの実施形態によると、溶液の粘性とスルーホールのアスペクト比とが、溶液への露出の間に、いかに滑らかにそして完全に溶液がスルーホールの中に流れ込み充填することができるかを決定しうる。溶液の粘性が高いほど、そして、スルーホールのアスペクト比が低いほど、結果的に、溶液がスルーホールの中に完全に流れ込み充填することを困難にし、そのための時間も長くなる。従って、溶液の所望の粘性は、溶液への露出の前に決定することができる、および／または、溶媒の濃度を適切に選択することによって得ることができる。ブロック４０４の次には、ブロック４０６が続きうる。
【0051】
ブロック４０６では、「ポリアミック酸を内壁上に析出する」との記載があるように、ポリアミック酸を、積層型半導体構造の内壁上に析出させることができる。いくつかの実施形態では、ポリアミック酸を内壁上に析出させることは、電流を用いて溶液を分解しポリアミック酸の塩をポリアミック酸に変えることによって、達成することができる。例えば、溶液は、図３の電気分解装置３１０などの電気分解装置によって、分解することができる。いくつかの実施形態によると、ポリアミック酸は、ポリアミック酸の塩よりも溶媒における溶解度が低いために、溶液を分解することにより、ポリアミック酸の内壁への析出が生じる。いくつかの例では、電流を用いて溶液が分解されるときに、積層型半導体構造は、電極として機能する。ブロック４０６の次には、ブロック４０８が続きうる。
【0052】
ブロック４０８では、「析出されたポリアミック酸をポリイミド膜に変換する」との記載があるように、析出されたポリアミック酸が、内壁を実質的にコーティングするポリイミド膜に変換することができる。いくつかの例では、析出されたポリアミック酸は、図３のオーブン３１２などのオーブンにおいて析出されたポリアミック酸を含む積層型半導体構造を加熱および脱水することに応答して、ポリイミド膜に変換される。
【0053】
当業者であれば、ここに開示されているプロセスおよび方法については、これらのプロセスおよび方法において実行されている機能は、異なる順序で実現することができることを理解するはずである。さらに、概略が述べられているステップおよび操作は、単に例として提供されているのであって、開示されている実施形態の本質から離れることなく、ステップおよび操作の中にはオプショナルであるものが存在し、より少ないステップおよび操作に組み合わせることが可能であり、または追加的なステップおよび操作として拡張することも可能である。
【0054】
例えば、図４Ａに示されていない、または、上で述べなかった他の機能および操作が方法４００の中に含まれることがありうる。例えば、方法４００は、内壁を溶液に露出する前に絶縁膜を内壁上に堆積し、それ以後にポリイミド膜を形成することをさらに含みうる。これらのおよび他の実施形態では、この絶縁膜には、ＳｉＯ２、ＴｉＮまたはそれ以外の適切な材料が含まれうる。この絶縁膜は、図３の堆積装置３１６などの堆積装置によって内壁上に積層することができる。
【0055】
他の例として、方法４００は、レーザを用いて穿孔することによりスルーホールを形成する実施形態において、スルーホールを形成した後で内壁からデスミアを取り除くことをさらに含みうる。デスミアは、プラズマ照射プラス紫外線（ＵＶ）照射（例えば、λが約２５０ナノメートル未満）などの物理的方法、ウェットブラスト法などの化学的方法または何らかのそれ以外の適切な除去方法によって、除去可能である。デスミアは、図３のデスミア装置３１８などのデスミア装置によって、除去することができる。
【0056】
さらに別の例として、方法４００は、ポリイミド膜上に導電要素を形成することを含みうる。これらのおよびそれ以外の実施形態では、ポリイミド膜は、この導電要素を積層型半導体構造の半導体層から実質的に電気的に絶縁することができる。さらに、この導電要素は、ＴＳＶでありうる。いくつかの実施形態では、この導電要素には、銅、銅合金、アルミニウム、銀、金、ポリシリコンなどの半導体材料、導電性ポリマなどが含まれうる。この導電要素は、図３の堆積装置３１６などの堆積装置によってポリイミド膜上に形成することができる。
【0057】
さらに別の例として、方法４００は、内壁を溶液に露出させる前に内壁の電気コンタクト領域をマスキングすることによりポリアミック酸が電気コンタクト領域上に析出することを回避することを、さらに含みうる。この電気コンタクト領域は、図３のマスキングジグ３２０などのマスキングジグによってマスキングすることができる。
【0058】
方法４００は、ポリイミド膜上に導電要素を形成する前に内壁からマスキングを除去し、マスキングを除去することによって露出された内壁の電気コンタクト領域に、以後に形成された導電要素が直接に電気的に接触することを可能にすることを、さらに含みうる。いくつかの実施形態では、マスキング材料には、ロストワックスやそれ以外の適切な材料が含まれうる。マスキングは、いくつかの例では、図３のオーブン３１２などのオーブンに積層型半導体構造を挿入しマスキング材料が融解しスルーホールから流れ出るようにすることによって、内壁から除去することができる。
【0059】
さらに別の例では、方法４００は、ポリイミド膜上に形成された導電要素の対向する端部に結合された積層型半導体構造上の上側および下側ボンドパッドを形成することを、さらに含みうる。この上側および下側ボンドパッドは、図３の堆積装置３１６などの堆積装置によって、形成することができる。
【0060】
図４Ａの方法４００は、以上では、ＴＳＶのためのスルーホールにポリイミド膜を形成するというコンテキストにおいて論じられてきたが、方法４００は、層内の相互接続のためのスルーホールにポリイミド膜を形成することに適応させることが可能である。層内の相互接続のためのスルーホールへのポリイミド膜の形成は、積層型半導体構造の複数の半導体層が相互に積層される前に、実行されうる。
【0061】
例えば、図４Ｂには、本出願に記載される少なくともいくつかの実施形態に従って構成された層内の相互接続のためのスルーホールにポリイミド膜を形成する方法４５０の図解による例が示されている。方法４５０は、ブロック４５２、４５４、４５６および／または４５８の１つまたは複数によって図解されているように、様々な操作、機能または動作が含まれる。方法４５０は、ブロック４５２で開始しうる。
【0062】
ブロック４５２では、「層の内壁によって画定されるスルーホールを形成する」との記載があるように、ある半導体層においてスルーホールを形成することができる。このスルーホールは、その半導体層の内壁によって画定することができる。このスルーホールは、図３のレーザドリル３０８などのレーザドリル、エッチングツール、または、レーザドリリングやＤＲＩＥなどの任意の適切な方法もしくはプロセスを実現するそれ以外の適切なデバイスによって、形成されうる。この半導体層が後の時点で１つまたは複数の他の半導体層と積層されることで、既に上述したような対応するＴＳＶのための１つまたは複数のスルーホールにポリイミド膜が形成されている積層型半導体構造が形成される。ブロック４５２には、ブロック４５４が続きうる。
【0063】
ブロック４５４では、「ポリアミック酸の塩を含む溶液に内壁を露出する」との記載があるように、半導体層の内壁を、ポリアミック酸の塩を含む溶液に露出させることができる。内壁を溶液に露出させることは、半導体層を溶液の中に浸すことを含みうる。例えば、溶液は、図３の電気分解装置３１０などの電気分解装置の電解槽の中に提供されうる。内壁の溶液への露出は、例えば制御モジュール３０２によって制御することが可能であり、制御モジュール３０２は、電気分解装置３１０に含まれているまたは電気分解装置とは別個に設けられているセンサまたはタイマから受け取られた１つまたは複数の信号に基づいて、露出を停止するように電気分解装置３１０に命令しうる。
【0064】
いくつかの実施形態では、ポリアミック酸の塩は、アミン誘導体の塩である。アミン誘導体には、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジフェニルアミンまたはトリアルキルアミンの中の１つまたは複数が含まれうる。あるいは、または、それに加えて、溶液を形成するのに用いられる溶媒には、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、Ｎ−メチル−２ピロリドン、芳香族炭化水素、エチルセロソルブ、ジイソプロピルエーテル、エチルアセテート、クロロホルム、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）またはジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）の中の１つまたは複数が含まれる。ブロック４５４の次には、ブロック４５６が続きうる。
【0065】
ブロック４５６では、「ポリアミック酸を内壁上に析出する」との記載があるように、ポリアミック酸を、半導体層の内壁上に析出させることができる。いくつかの実施形態では、ポリアミック酸を内壁上に析出させることは、電流を用いて溶液を分解しポリアミック酸の塩をポリアミック酸に変えることによって、達成することができる。例えば、溶液は、図３の電気分解装置３１０などの電気分解装置によって、分解することができる。いくつかの実施形態によると、ポリアミック酸は、ポリアミック酸の塩よりも溶媒における溶解度が低いため、溶液を分解することにより、ポリアミック酸の内壁への析出が生じる。いくつかの例では、電流を用いて溶液が分解されるときに、半導体層は、電極として機能する。ブロック４５６の次には、ブロック４５８が続きうる。
【0066】
ブロック４５８では、「析出されたポリアミック酸をポリイミド膜に変換する」との記載があるように、析出されたポリアミック酸が、内壁を実質的にコーティングするポリイミド膜に変換することができる。いくつかの例では、析出されたポリアミック酸は、図３のオーブン３１２などのオーブンにおいて析出されたポリアミック酸を含む半導体層を加熱および脱水することに応答して、ポリイミド膜に変換される。
【0067】
図５Ａには、本出願に記載される少なくともいくつかの実施形態に従って構成された積層型半導体構造のＴＳＶのためのスルーホールにポリイミド膜を形成する方法５００の図解による例が示されている。方法５００は、ブロック５０２、５０４、５０６、５０８、５１０、５１２、５１４および／または５１６の１つまたは複数によって図解されているように、様々な操作、機能または動作が含まれる。方法５００は、ブロック５０２で開始しうる。
【0068】
ブロック５０２では、「積層型半導体構造の複数の層を穿孔しスルーホールを形成する」との記載があるように、図３のレーザドリル３０８などのレーザドリルまたはそれ以外の適切なドリリングデバイスを用いて積層型半導体構造の複数の半導体層に穿孔することによって、スルーホールを形成することができる。いくつの実施形態では、それぞれの半導体層は、対応する半導体層の片側または両側の上に１つまたは複数の集積回路が形成されている。ブロック５０２の次には、ブロック５０４が続きうる。
【0069】
ブロック５０４では、「積層型半導体構造の内壁上に含まれる電気コンタクト領域をマスキングする」との記載があるように、スルーホールを画定する積層型半導体構造の内壁上に含まれる電気コンタクト領域を、図３のマスキングジグ３２０などのマスキングジグを用いてマスキングすることができる。マスキング材料は、ロストワックスやそれ以外の適切な材料を含みうる。ブロック５０４の次には、ブロック５０６が続きうる。
【0070】
ブロック５０６では、「ポリアミック酸の塩を含む溶液に積層型半導体構造を露出する」との記載があるように、積層型半導体構造を、所定の時間間隔の間、ポリアミック酸の塩を含む溶液に露出することができる。積層型半導体を溶液に露出することは、積層型半導体構造を溶液に浸すことを含みうる。例えば、この溶液は、図３の電気分解装置３１０などの電気分解装置の電解槽の中に提供されうる。
【0071】
いくつかの実施形態では、ポリアミック酸の塩は、アミン誘導体の塩である。アミン誘導体には、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジフェニルアミンまたはトリアルキルアミンの中の１つまたは複数が含まれうる。あるいは、または、それに加えて、溶液を形成するのに用いられる溶媒には、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）などのケトン系の溶媒、エチルセロソルブやジイソプロピルエーテルなどのエーテル系の溶媒、エチルアセテートなどのエステル系の溶媒、クロロホルムなどの有機ハロゲン系の溶媒、Ｎ−メチル−２ピロリドン（ＮＭＰ）、芳香族炭化水素、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などそれ以外の溶媒、またはそれ以外の適切な溶媒の中の１つまたは複数が含まれる。
【0072】
いくつかの実施形態によると、溶液の粘性とスルーホールのアスペクト比とが、溶液への露出の間に、いかに滑らかにそして完全に溶液がスルーホールの中に流れ込み充填することができるかを決定しうる。溶液の粘性が高いほど、そして、スルーホールのアスペクト比が低いほど、結果的に、溶液がスルーホールの中に完全に流れ込み充填することを困難にし、そのための時間も長くなる。従って、溶液の所望の粘性は、溶液への露出の前に決定することができる、および／または、溶媒の濃度を適切に選択することによって得ることができる。いくつかの実施形態では、図３の制御モジュール３０２などの制御モジュールが、スルーホールのアスペクト比および／またはそれ以外のパラメータに基づいて、所望の粘性と溶媒の濃度とを計算することができる。オプションであるが、制御モジュールは、選択された溶媒濃度を備えた溶液を準備するように、電気分解装置を制御することができる。ブロック５０６の次には、ブロック５０８が続きうる。
【0073】
ブロック５０８では、「ポリアミック酸が溶液から内壁のマスキングされていない領域上に析出され析出構造が形成されるように、溶液を分解する」との記載があるように、溶液への積層型半導体構造の露出の間、溶液は、電流を用いて、図３の電気分解装置３１０などの電気分解装置で分解され、ポリアミック酸が溶液から内壁上のマスキングされていない領域上に析出されて、析出されたウエハが形成される。特に、いくつかの実施形態では、ポリアミック酸は、ポリアミック酸の塩よりも溶媒において低い溶解度を有するため、溶液を分解することによりポリアミック酸が内壁上に析出する。いくつかの例では、電流を用いて溶液が分解されるとき、積層型半導体構造は、電極として機能する。ブロック５０８の次には、ブロック５１０が続きうる。
【0074】
ブロック５１０では、「溶液への露出を終了する」との記載があるように、所定の時間間隔が終了した後で、析出構造の溶液への露出を終えることができる。いくつかの実施形態では、上述した所定の間隔の長さ、および／または、ブロック５０８で溶液が分解される間隔の長さは、内壁上の析出されたポリアミック酸の厚さが所定の厚さとなるように、選択される。電気分解装置に含まれるまたは電気分解装置とは別個のタイマを用いて、所定の間隔またはそれ以外の間隔をカウントダウンすることができる。あるいは、または、それに加えて、電気分解装置に含まれるまたは電気分解装置とは別個のセンサを用いて、析出されたポリアミック酸の厚さをモニタすることができる。タイマおよびセンサの一方または両方からの信号を、制御モジュールまたは直接に電気分解装置に、提供することができる。電気分解装置を、制御モジュールまたは直接に電気分解装置から信号を受け取ることに応答して、析出構造の溶液への露出を終了するように構成しうる。ブロック５１０の次には、ブロック５１２が続きうる。
【0075】
ブロック５１２では、「析出構造を加熱および脱水し、析出されたポリアミック酸をポリイミド膜に変換する」との記載があるように、析出構造の溶液への露出を終了した後で、析出構造を、図３のオーブン３１２などのオーブンによって加熱および脱水して、内壁上のマスキングされていない領域上の析出されたポリアミック酸を、マスキングされていない領域を実質的にコーティングするポリイミド膜に変換することができる。ブロック５１２の次には、ブロック５１４が続きうる。
【0076】
ブロック５１４では、「マスキングを除去し、内壁の電気コンタクト領域を露出する」との記載があるように、マスキングを除去し、内壁の電気コンタクト領域を露出させることができる。いくつかの実施形態では、マスキングは、ブロック５１２で析出構造を加熱および脱水することによって除去し、マスキング材料が融解してスルーホールから流れ出るようにすることができる。ブロック５１４の次には、ブロック５１６が続きうる。
【0077】
ブロック５１６では、「スルーホールの内部に導電性要素を堆積する」という記載があるように、導電要素をスルーホールの中に堆積し、その導電要素が、内壁の電気コンタクト領域と電気的に結合し、ポリイミド膜によって内壁の他の部分からは電気的に絶縁されるようにすることができる。導電要素は、図３の堆積装置３１６などの堆積装置によって、堆積することができる。導電要素は、いくつかの実施形態では、ＴＳＶである。あるいは、または、これに加えて、導電要素には、銅、銅合金、アルミニウム、銀、金、ポリシリコンなどの半導体材料、導電性ポリマまたはそれ以外の適切な導電性材料などが含まれうる。
【0078】
図５Ａに示されていない他の機能および操作が方法５００の中に含まれることがありうる。例えば、方法５００は、内壁を溶液に露出する前に絶縁膜を内壁上に堆積し、それ以後にポリイミド膜を形成することをさらに含みうる。これらのおよび他の実施形態では、この絶縁膜には、ＳｉＯ２、ＴｉＮまたはそれ以外の適切な材料が含まれうる。この絶縁膜は、図３の堆積装置３１６などの堆積装置を用いて堆積することができる。
【0079】
他の例として、方法５００は、レーザを用いて穿孔することによりスルーホールを形成する実施形態において、スルーホールを形成した後で内壁からデスミアを取り除くことをさらに含みうる。デスミアは、プラズマ照射プラスＵＶ照射などの物理的方法またはウェットブラスト法などの化学的方法によって、除去可能である。デスミアは、図３のデスミア装置３１８などのデスミア装置を用いて、除去することができる。
【0080】
さらに別の例では、方法５００は、ポリイミド膜上に形成された導電要素の対向する端部に結合された積層型半導体構造上の上側および下側ボンドパッドを形成することを、さらに含みうる。この上側および下側ボンドパッドは、図３の堆積装置３１６などの堆積装置を用いて、形成することができる。
【0081】
図５Ａの方法５００は、以上では、ＴＳＶのためのスルーホールにポリイミド膜を形成するというコンテキストにおいて論じられてきたが、層内の相互接続のためのスルーホールにポリイミド膜を形成することに適応させることが可能である。層内の相互接続のためのスルーホールへのポリイミド膜の形成は、積層型半導体構造の複数の半導体層が相互に積層される前に、実行されうる。
【0082】
図５Ｂには、本出願に記載される少なくともいくつかの実施形態に従って構成された層内の相互接続のためのスルーホールにポリイミド膜を形成する方法５５０の図解による例が示されている。方法５５０は、ブロック５５２、５５４、５５６、５５８、５６０、５６２、５６４および／または５６６の１つまたは複数によって図解されているように、様々な操作、機能または動作が含まれる。方法５５０は、ブロック５５２で開始しうる。
【0083】
ブロック５５２では、「半導体層を穿孔しスルーホールを形成する」との記載があるように、図３のレーザドリル３０８などのレーザドリルまたはそれ以外の適切なドリリングデバイスを用いて半導体層に穿孔することによって、スルーホールを形成することができる。この半導体層は、後の時点で１つまたは複数の他の半導体層と相互に積層して、上述したように、対応するＴＳＶのための１つまたは複数のスルーホールにポリイミド膜が形成されている積層型半導体構造を形成しうる。ブロック５５２の次には、ブロック５５４が続きうる。
【0084】
ブロック５５４では、「半導体層の内壁上に含まれる電気コンタクト領域をマスキングする」との記載があるように、スルーホールを画定する半導体層の内壁上に含まれる電気コンタクト領域を、図３のマスキングジグ３２０などのマスキングジグを用いてマスキングすることができる。マスキング材料は、ロストワックスやそれ以外の適切な材料を含みうる。ブロック５５４の次には、ブロック５５６が続きうる。
【0085】
ブロック５５６では、「ポリアミック酸の塩を含む溶液に半導体層を露出する」という記載があるように、半導体層を、所定の時間間隔の間、ポリアミック酸の塩を含む溶液に露出することができる。半導体層を溶液に露出することは、半導体層を溶液に浸すことを含みうる。例えば、この溶液は、図３の電気分解装置３１０などの電気分解装置の電解槽の中に提供されうる。
【0086】
いくつかの実施形態では、ポリアミック酸の塩は、アミン誘導体の塩である。アミン誘導体には、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジフェニルアミンまたはトリアルキルアミンの中の１つまたは複数が含まれうる。あるいは、または、それに加えて、溶液を形成するのに用いられる溶媒には、ＭＥＫ、Ｎ−メチル−２ピロリドン、芳香族炭化水素、エチルセロソルブ、ジイソプロピルエーテル、エチルアセテート、クロロホルム、ＮＭＰ、ＤＭＳＯまたはＤＭＦの中の１つまたは複数が含まれる。
【0087】
いくつかの実施形態によると、溶液の粘性とスルーホールのアスペクト比とが、溶液への露出の間に、いかに滑らかにそして完全に溶液がスルーホールの中に流れ込み充填することができるかを決定しうる。溶液の粘性が高いほど、そして、スルーホールのアスペクト比が低いほど、結果的に、溶液がスルーホールの中に完全に流れ込み充填することを困難にし、そのための時間も長くなる。従って、溶液の所望の粘性は、溶液への露出の前に決定することができる、および／または、溶媒の濃度を適切に選択することによって得ることができる。いくつかの実施形態では、図３の制御モジュール３０２などの制御モジュールが、スルーホールのアスペクト比および／またはそれ以外のパラメータに基づいて、所望の粘性と溶媒の濃度とを計算することができる。オプションであるが、制御モジュールは、選択された溶媒濃度を備えた溶液を準備するように、電気分解装置を制御することができる。ブロック５５６の次には、ブロック５５８が続きうる。
【0088】
ブロック５５８では、「ポリアミック酸が溶液から内壁のマスキングされていない領域上に析出され析出層が形成されるように、溶液を分解する」との記載があるように、溶液への半導体層の露出の間、溶液は、電流を用いて、図３の電気分解装置３１０などの電気分解装置で分解され、ポリアミック酸が溶液から内壁上のマスキングされていない領域上に析出されて、析出された層が形成される。特に、いくつかの実施形態では、ポリアミック酸は、ポリアミック酸の塩よりも溶媒において低い溶解度を有するため、溶液を分解することによりポリアミック酸が内壁上に析出する。いくつかの例では、電流を用いて溶液が分解されるとき、半導体層は、電極として機能する。ブロック５５８の次には、ブロック５６０が続きうる。
【0089】
ブロック５６０では、「溶液への露出を終了する」との記載があるように、所定の時間間隔が終了した後で、析出構造の溶液への露出を終えることができる。いくつかの実施形態では、上述した所定の間隔の長さ、および／または、ブロック５５８で溶液が分解される間隔の長さは、内壁上の析出されたポリアミック酸の厚さが所定の厚さとなるように、選択される。電気分解装置に含まれるまたは電気分解装置とは別個のタイマを用いて、所定の間隔またはそれ以外の間隔をカウントダウンすることができる。あるいは、または、それに加えて、電気分解装置に含まれるまたは電気分解装置とは別個のセンサを用いて、析出されたポリアミック酸の厚さをモニタすることができる。タイマおよびセンサの一方または両方からの信号を、制御モジュールに、または直接に電気分解装置に、提供することができる。電気分解装置を、制御モジュールから、または直接に電気分解装置から信号を受け取ることに応答して、析出層の溶液への露出を終了するように構成しうる。ブロック５６０の次には、ブロック５６２が続きうる。
【0090】
ブロック５６２では、「析出層を加熱および脱水し、析出されたポリアミック酸をポリイミド膜に変換する」との記載があるように、析出層の溶液への露出を終了した後で、析出構造を、図３のオーブン３１２などのオーブンによって加熱および脱水して、内壁上のマスキングされていない領域上の析出されたポリアミック酸を、マスキングされていない領域を実質的にコーティングするポリイミド膜に変換することができる。ブロック５６２の次には、ブロック５６４が続きうる。
【0091】
ブロック５６４では、「マスキングを除去し、内壁の電気コンタクト領域を露出する」との記載にあるように、マスキングを除去し、内壁の電気コンタクト領域を露出させることができる。いくつかの実施形態では、マスキングは、ブロック５６２で析出構造を加熱および脱水することによって除去し、マスキング材料が融解してスルーホールから流れ出るようにすることができる。ブロック５６４の次には、ブロック５６６が続きうる。
【0092】
ブロック５６６では、「スルーホールの内部に導電性要素を堆積する」という記載があるように、導電要素をスルーホールの中に堆積し、その導電要素が、内壁の電気コンタクト領域と電気的に結合し、ポリイミド膜によって内壁の他の部分からは電気的に絶縁されるようにすることができる。導電要素は、図３の堆積装置３１６などの堆積装置によって、積層することができる。導電要素は、いくつかの実施形態では、ＴＳＶである。あるいは、または、これに加えて、導電要素には、銅、銅合金、アルミニウム、銀、金、ポリシリコンなどの半導体材料、導電性ポリマまたはそれ以外の適切な導電性材料などが含まれうる。
【0093】
本発明は、様々な特徴の説明として意図され本出願に記載された特定の実施形態に限定されることはない。当業者に明らかなように、その精神および範囲から逸脱せずに、多くの修正および変更をなすことが可能である。当業者には、本出願に列挙されたものに加え、本発明の範囲に属する機能的に均等な方法および装置が、以上の説明から明らかであるはずである。そのような修正および変更は、特許請求の範囲の範囲に属することが意図されている。本発明は、特許請求の範囲が及ぶ均等物の完全な範囲と共に、特許請求の範囲の記載によってのみ範囲が画定される。本発明は、特定の方法、試薬、化合物の組成または生体系に限定されないことが理解されるべきであって、これらは、もちろん変動しうる。本出願に用いられた用語は特定の実施形態を説明する目的のみを有するのであって、限定を意味しないことも理解されるべきである。
【0094】
本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。様々な単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【0095】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（例えば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｂｕｔ ｉｓ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（例えば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【0096】
さらに、本発明の特徴や側面がマーカッシュ群の用語で記載されている場合には、当業者であれば、そのマーカッシュ群の個々の構成要素または複数の構成要素からなる部分群でもまた記載されることを理解すべきである。
【0097】
当業者であれば理解するように、任意のおよびすべての目的について、記載された説明を提供することに関し、本出願で開示されているすべての範囲は、任意のおよびすべての可能性のある下位の範囲と下位の範囲の組み合わせとに及ぶ。任意のリスト化されている範囲は、同一の範囲が、少なくとも、等しい２分の１、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１などに分割されることを十分に説明し可能にしているものとして、容易に認識されうる。非限定的な例として、本出願で論じられたそれぞれの範囲は、下位の３分の１、中間の３分の１、上位の３分の１などに容易に分割することができる。当業者であれば容易に理解するように、「まで」、「少なくとも」などのすべての言葉は、言及された数字を含み、上述したように、以後に下位の範囲に分割することができる範囲にも及ぶ。最後に、当業者に理解されるように、範囲はそれぞれの個別の構成要素を含む。従って、例えば、１から４個のセルを有するグループは、１、２または４個のセルを有するグループに及ぶ。同様に、１から５個のセルを有するグループは、１、２、４、４または５個のセルを有するグループに及ぶ、などである。
【0098】
以上から、本発明の様々な実施形態が説明のために本出願で論じられたこと、そして、本発明の範囲および精神から逸脱することなく様々な修正を行いうることが理解されよう。従って、本出願で開示された様々な実施形態は限定を意図したものではなく、真の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲によって示されている。