特許第5989104号(P5989104)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許5989104基板貫通相互接続を有する半導体構成と、基板貫通相互接続を形成する方法
(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】5989104
(24)【登録日】2016年8月19日
(45)【発行日】2016年9月7日
(54)【発明の名称】基板貫通相互接続を有する半導体構成と、基板貫通相互接続を形成する方法
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/3205 20060101AFI20160825BHJP
   H01L 21/768 20060101ALI20160825BHJP
   H01L 23/522 20060101ALI20160825BHJP
   H01L 23/12 20060101ALI20160825BHJP
【FI】
   H01L21/88 J
   H01L21/88 T
   H01L23/12 501P
【請求項の数】29
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2014-514461(P2014-514461)
(86)(22)【出願日】2012年5月3日
(65)【公表番号】特表2014-517534(P2014-517534A)
(43)【公表日】2014年7月17日
(86)【国際出願番号】US2012036401
(87)【国際公開番号】WO2012170129
(87)【国際公開日】20121213
【審査請求日】2014年1月30日
(31)【優先権主張番号】13/154,132
(32)【優先日】2011年6月6日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】595168543
【氏名又は名称】マイクロン テクノロジー, インク.
(74)【代理人】
【識別番号】100106851
【弁理士】
【氏名又は名称】野村 泰久
(74)【代理人】
【識別番号】100074099
【弁理士】
【氏名又は名称】大菅 義之
(72)【発明者】
【氏名】ウッド,アラン ジー.
(72)【発明者】
【氏名】アイルランド,フィリップ ジェイ.
【審査官】 右田 勝則
(56)【参考文献】
【文献】 特開2008−085020(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2009/0294983(US,A1)
【文献】 特開2004−014657(JP,A)
【文献】 特開2005−311215(JP,A)
【文献】 特開2008−060243(JP,A)
【文献】 特開2006−196820(JP,A)
【文献】 特開2010−092895(JP,A)
【文献】 特開2010−232400(JP,A)
【文献】 特開2011−071516(JP,A)
【文献】 特開2005−064451(JP,A)
【文献】 特開2007−123681(JP,A)
【文献】 特開2004−207324(JP,A)
【文献】 特開平09−260492(JP,A)
【文献】 特開2008−147224(JP,A)
【文献】 特表2010−505259(JP,A)
【文献】 特開2005−294582(JP,A)
【文献】 特開2010−147281(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 21/3205
H01L 21/768
H01L 23/12
H01L 23/522
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板を通して導電性相互接続を形成する方法であって、
前記半導体基板の第1の面から、前記半導体基板を通って途中まで伸びる第1の開口部を形成することと、
前記導電性相互接続の第1の部分を前記第1の開口部内に形成することと、
前記半導体基板の第2の面から前記導電性相互接続の前記第1の部分まで延びる少なくとも1つの第2の開口部を形成することと、
前記少なくとも1つの第2の開口部内に、前記導電性相互接続の第2の部分を形成することと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項2】
前記導電性相互接続の前記第2の部分の形成の間に、前記半導体基板内に伸びる、少なくとも1つのアンカーピンを形成することを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記導電性相互接続の前記第1の部分は、銅のコアで構成され、前記少なくとも1つの第2の開口部は、前記銅のコアを暴露することを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記導電性相互接続の前記第1の部分まで伸びる唯一の第2の開口部が存在することを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項5】
前記導電性相互接続の前記第1の部分まで伸びる複数の第2の開口部が存在することを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項6】
前記導電性相互接続の前記第1の部分は、銅のコアの周りにある導電性の覆いを備え、前記少なくとも1つの第2の開口部は、前記導電性の覆いを暴露し、前記銅のコアを暴露しないことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記暴露された導電性の覆いは、銅バリア材料であることを特徴とする請求項6に記載の方法。
【請求項8】
半導体基板を通って、導電性相互接続を形成する方法であって、
前記半導体基板の第1の面から、前記半導体基板を通って途中まで伸びる第1の開口部を形成することと、
前記第1の開口部内に前記導電性相互接続の第1の部分を形成することと、
前記半導体基板の第2の面から、前記導電性相互接続の前記第1の部分まで伸びる少なくとも1つの第2の開口部を形成することと、
前記半導体基板の前記第2の面に沿って、前記少なくとも1つの第2の開口部内に、非導電性材料を形成することと、
前記半導体基板の前記第2の面および前記少なくとも1つの第2の開口部の側面の前記非導電性材料を残したまま、前記非導電性材料を前記少なくとも1つの第2の開口部の前記底部に沿って取り除いた後、前記導電性相互接続の前記第1の部分の領域を、前記少なくとも1つの第2の開口部を通して暴露することと、
前記少なくとも1つの第2の開口部内に、前記導電性相互接続の第2の部分を形成することと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項9】
前記半導体基板の前記第2の面から前記導電性相互接続の前記第1の部分まで伸びる唯一の第2の開口部が存在することを特徴とする請求項8に記載の方法。
【請求項10】
前記半導体基板の前記第2の面から、前記導電性相互接続の前記第1の部分まで伸びる複数の第2の開口部が存在することを特徴とする請求項8に記載の方法。
【請求項11】
前記非導電性材料は、前記少なくとも1つの第2の開口部の底部に沿ってよりも、前記半導体基板の前記第2の面に沿ったほうが厚くなるように形成されていることを特徴とする請求項8に記載の方法。
【請求項12】
前記導電性相互接続の第2の部分を形成することは、前記少なくとも1つの第2の開口部内に銅を電解成長することを含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
【請求項13】
前記導電性相互接続の前記第2の部分を形成することは、
前記半導体基板の前記第2の面を横断して、前記少なくとも1つの第2の開口部内に、銅バリア材料を形成することと、
前記銅バリア材料の上に銅シード材料を形成することと、
前記半導体基板の前記第2の面の第1の領域を覆うが、前記半導体基板の前記第2の面の第2の領域を覆わないままにするパターン化されたマスクを形成することであって、前記少なくとも1つの第2の開口部は、前記覆われていない第2の領域内にあることと、
前記覆われていない第2の領域内に、前記シード材料から銅を電解成長させることと、
前記銅を電解成長させた後、前記第1の領域の上から、前記パターン化されたマスク、前記シード材料、及び、前記銅バリア材料を取り除くこととを含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
【請求項14】
前記銅は、前記パターン化されたマスク、前記シード材料及び前記銅バリア材料が、前記第1の領域の上から除去された後、台座として、前記第2の領域の上に残り、前記第1の領域を横断して、前記台座の側面に沿って、非導電性構成を形成することを更に含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。
【請求項15】
前記導電性相互接続の前記第2の部分の前記形成の間に、前記半導体基板内に伸びる少なくとも1つのアンカーピンを形成することを更に含み、前記少なくとも1つのアンカーピンは、前記電解成長された銅を含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。
【請求項16】
前記導電性相互接続の前記第2の部分を形成することは、前記半導体基板の前記第2の面の第1の領域を覆うが、前記半導体基板の前記第2の面の第2の領域を覆わないでおく、非導電性構成を形成し、前記少なくとも1つの第2の開口部は、前記覆われていない第2の領域内にあり、
前記非導電性構成を横断して、前記少なくとも1つの第2の開口部内に、銅バリア材料を形成し、
前記銅バリア材料の上に銅を形成し、
前記非導電性構成の上から、前記銅と前記バリア材料を取り除き、一方、前記銅と前記バリア材料を前記第2の領域の上に残しておく、ことを含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
【請求項17】
前記非導電性構成は、ポリイミドを含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項18】
前記銅と前記バリア材料を前記非導電性構成の上から取り除くことは、化学的機械的研磨を含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項19】
半導体基板の第1の面から、前記半導体基板を通って部分的に伸びる、基板貫通相互接続の導電性の第1の部分と、
前記半導体基板の第2の面から、前記第1の面と対向するように伸びる前記基板貫通相互接続の導電性の第2の部分であって、前記半導体基板の前記第2の面上に設けられた部位と、全てが前記部位から前記導電性の第1の部分まで伸びる複数の個別の導電性フィンガとを含む、前記基板貫通相互接続の導電性の第2の部分と、を備えることを特徴とする半導体構成。
【請求項20】
前記導電性の第1の部分は、第1の化合物を含む金属含有コアを有し、前記部位と前記個別の導電性フィンガは、全て、前記第1の化合物の金属含有コアを有し、前記フィンガの前記金属含有コアは、前記第1の化合物とは異なる第2の化合物を有する導電性材料の介在領域によって、前記第1の部分の前記金属含有コアから離れていることを特徴とする請求項19に記載の半導体構成。
【請求項21】
前記基板貫通相互接続の前記第2の部分から、横方向にオフセットされ、前記フィンガの前記金属含有コアと共通の化合物を含む、少なくとも1つのアンカーピンを更に備えることを特徴とする請求項20に記載の半導体構成。
【請求項22】
前記第1の化合物は、銅からなることを特徴とする請求項20に記載の半導体構成。
【請求項23】
前記第2の化合物は、コバルト、ルテニウム、タンタル、タンタル窒化物、タングステン窒化物及びチタン窒化物から1つ以上を含むことを特徴とする請求項22に記載の半導体構成。
【請求項24】
半導体基板の第1の面から、前記半導体基板を通って部分的に伸び、第1の金属含有コアを有する基板貫通相互接続の第1の導電性部分と、
前記半導体基板の第2の面から、前記第1の面と対向するように伸びる前記基板貫通相互接続の第2の導電性部分であって、第2の金属含有コアと、前記第2の金属含有コアの周りの導電性覆いとを有し、前記導電性覆いは、前記第1の導電性部分の前記第1の金属含有コアと、前記第2の導電性部分の前記第2の金属含有コアに夫々直接接するように設けられる、前記基板貫通相互接続の第2の導電性部分と、
を備えることを特徴とする半導体構成。
【請求項25】
前記基板貫通相互接続の前記第2の導電性部分から横方向にオフセットされており、前記基板貫通相互接続の前記第2の導電性部分の前記金属含有コアと共通の化合物を有する少なくとも1つのアンカーピンを更に備えることを特徴とする請求項24に記載の半導体構成。
【請求項26】
前記第1の導電性部分の前記金属含有コアは、銅からなり、前記第2の導電性部分の前記金属含有コアは、銅からなり、前記導電性覆いは、銅バリア材料である、ことを特徴とする請求項24に記載の半導体構成。
【請求項27】
前記銅バリア材料は、コバルト、ルテニウム、タンタル、タンタル窒化物、タングステン窒化物、及び、チタン窒化物から1つ以上を含むことを特徴とする請求項24に記載の半導体構成。
【請求項28】
前記第2の部分は、前記半導体基板の前記第2の面上に設けられた部位と、全てが前記部位から前記導電性の第1の部分まで伸びる複数の個別の導電性フィンガとを含むことを特徴とする請求項1又は8記載の方法。
【請求項29】
前記第2の導電性部分は、前記半導体基板の前記第2の面上に設けられた部位と、全てが前記部位から前記第1の導電性部分まで伸びる複数の個別の導電性フィンガとを含むことを特徴とする請求項24記載の半導体構成
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
基板貫通相互接続を有する半導体構成と、基板貫通相互接続を形成する方法。
【背景技術】
【0002】
メモリダイス(dice)などの集積回路装置の商業生産は、単一の半導体ウエハあるいは他の、バルクな半導体基板上に同一の回路パターンを多数形成することを含むであろう。半導体装置の高歩留まりと、高性能を達成するために、所定のサイズの半導体基板上に製造された半導体装置の密度を高くすることは、半導体製造業の継続的なゴールである。
【0003】
半導体アセンブリにおいて、半導体装置の密度を増加する一方法は、半導体ダイを貫通して伸びる、特には、ダイの活性面からダイの反対側の裏面に伸びる、ビア(つまり、スルーホール)を生成することである。ビアは、ダイの活性面からダイの裏面への電気的通路を提供するための基板貫通相互接続を形成するために、導電性の材料で満たされる。基板貫通相互接続は、ダイの裏面に沿っており、ダイの外部の回路コンポーネントに伸びる電気接点に電気的に結合するであろう。ある応用においては、ダイは、三次元マルチチップモジュール(3−D MCM)に取り込まれることがあり、ダイの外部の回路コンポーネントは、他の半導体ダイ及び/あるいはキャリア基板によって構成されることがある。
【0004】
半導体基板にビアを形成するさまざまな方法が開示されている。例えば、米国特許番号7,855,140、7,626,269及び、6,943,106は、基板貫通相互接続を形成するために利用できるであろう例示的方法を記載する。
【0005】
熱誘導問題が、従来のように形成された基板貫通相互接続に起こるであろう。そのような問題は、半導体ダイの他の材料に対する相互接続内の導電性の材料(例、銅)の熱膨張の異なる率の結果として起こる圧力からが原因であろう。そのような熱的に誘導された問題を小さくする、あるいは、防ぐ、新しい基板貫通相互接続アーキテクチャを開発し、そのようなアーキテクチャを製造する方法を開発することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図1】基板貫通相互接続を形成する例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図を示す。
図2】基板貫通相互接続を形成する例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図を示す。
図3】基板貫通相互接続を形成する例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図を示す。
図4】基板貫通相互接続を形成する例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図を示す。
図5】基板貫通相互接続を形成する例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図を示す。
図6】基板貫通相互接続を形成する例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図を示す。
図7】基板貫通相互接続を形成する例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図を示す。
図8】基板貫通相互接続を形成する例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図を示す。
図9図8の構成の平面図である。図8の断面は、図9の線8−8に沿ったものである。
図10】基板貫通相互接続を形成する例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図を示す。
図11】基板貫通相互接続を形成する例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図を示す。
図12】基板貫通相互接続を形成する例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図を示す。
図13】基板貫通相互接続を形成する例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図を示す。
図14】基板貫通相互接続を形成する例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図を示す。
図15】基板貫通相互接続を形成する他の例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図である。図15の処理段階は、図7のそれに続き、図8のそれの別形態であろう。
図16】基板貫通相互接続を形成する他の例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図である。図15の処理段階は、図7のそれに続き、図8のそれの別形態であろう。
図17】基板貫通相互接続を形成する他の例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図である。図17の処理段階は、図4のそれに続き、図5のそれの別形態であろう。
図18】基板貫通相互接続を形成する他の例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図である。図17の処理段階は、図4のそれに続き、図5のそれの別形態であろう。
図19】基板貫通相互接続を形成する他の例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図である。図17の処理段階は、図4のそれに続き、図5のそれの別形態であろう。
図20図19の構成の平面図である。図19の断面は、図20の線19−19に沿ったものである。
図21】基板貫通相互接続を形成する他の例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図である。図17の処理段階は、図4のそれに続き、図5のそれの別形態であろう。
図22】基板貫通相互接続を形成する他の例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図である。図17の処理段階は、図4のそれに続き、図5のそれの別形態であろう。
図21】基板貫通相互接続を形成する他の例示的実施形態の方法の処理段階における半導体構成の断面図である。
図22】基板貫通相互接続を形成する他の例示的実施形態の方法の処理段階における半導体構成の断面図である。
図23】基板貫通相互接続を形成する他の例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図である。図23の処理段階は、図8のそれに続くであろう。
図24】基板貫通相互接続を形成する他の例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図である。図23の処理段階は、図8のそれに続くであろう。
図25】基板貫通相互接続を形成する他の例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図である。図23の処理段階は、図8のそれに続くであろう。
図26】基板貫通相互接続を形成する他の例示的実施形態の方法の処理段階における半導体構成の断面図である。
図27】他の例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図である。図27の処理段階は、図4のそれに続くであろう。
図28】他の例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図である。図27の処理段階は、図4のそれに続くであろう。
図29】他の例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図である。図27の処理段階は、図4のそれに続くであろう。
図30図29の構成の平面図である。図29の断面は、図30の線29−29に沿ったものである。
図31】他の例示的実施形態の方法のさまざまな処理段階における半導体構成の断面図である。図27の処理段階は、図4のそれに続くであろう。
図32】他の例示的実施形態の方法の処理段階における半導体構成の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
ある実施形態は、基板の内部領域を結合する、少なくとも2つの分離された導電性のコンポーネントに分割された、基板貫通相互接続を含む。基板貫通相互接続を少なくとも2つの分離されたコンポーネントに分割することは、本明細書の背景技術の項で上記した問題を解決することができ、とくに、従来のように形成された基板貫通相互接続に関連した熱的に誘導された問題を軽くし、あるいは、防ぎさえすることができる。ある実施形態では、基板貫通相互接続のコンポーネントと同時に形成される取り付けピンを含む。
【0008】
図1−32を参照して、例示的実施形態を説明する。
図1を参照すると、半導体構成10の部分が図示されている。構成10は、半導体ウエハの一部であろう。構成10は、集積回路(不図示)が関連付けられた半導体基板12を備えている。基板12は、半導体材料でできており、例えば、単結晶シリコン基材(単一シリコンウエハの領域などのような)を備えているであろう。「半導電性基板」、「半導体構成」、「半導体基板」は、半導電性ウエハ(単独で、あるいは、他の材料を含むアセンブリ)などの、バルクの半導電性材料、及び、半導電性材料レイヤ(単独で、あるいは、他の材料を含むアセンブリで)を含むが、これらには限定されない半導電性材料からなる任意の構成を意味する。語句「基板」は、上記した半導電性基板を含むが、これには限定されない任意の支持構成を示す。
【0009】
基板12は、第1の側面9と反対の第2の側面11を有している。
基板12に関連した集積回路は、図面を簡単化するために示されていない。回路は、例えば、メモリ、ロジック、配線などを含む、既知の、あるいは、後に開発される、任意の集積回路コンポーネントを備えていることがある。さまざまな回路コンポーネントは、例えば、1以上の耐熱金属材料、バリア材料、拡散材料、非導電性材料などを含む、さまざまな任意の材料からなることがある。集積回路コンポーネントは、側面9及び11の一方、あるいは、他方に主に沿っているであろう。集積回路が関連付いた面は、半導体基板12の表面(あるいは、活性面)と呼ばれ、他方は、基板の裏側と呼ばれるであろう。ある実施形態では、第1の側面9は、基板の表面に対応するであろう。
【0010】
図2を参照すると、開口部14が、基板の第1の側面9から基板12内に部分的に伸びるために形成される。そのような開口部は、任意の適切な処理を利用して形成されるであろう。例えば、フォトリソグラフィでパターン化されたフォトレジストマスク(不図示)が、開口部の位置を決定するために、側面9に渡って形成され、次いで、1以上のエッチングが、基板12内に開口部をパターン化するために利用され、続いて、フォトレジストマスクは、図2の構成を残すために取り除かれるであろう。
【0011】
開口部14は、基板12内の任意の適切な距離に形成されるべきものである。ある実施形態では、開口部14は、基板12を通って、半分以上伸びるように形成され(示されているように)、他の実施形態では、開口部14は、基板12を通って、半分以下に伸びるように形成されるであろう。
【0012】
図3を参照すると、非導電性ライナー16は、開口部14内に形成され、それから、導電性材料18及び20が、ライン付けされた開口部内に形成される。
非導電性ライナーは、任意の適切な化合物、あるいは、化合物の組み合わせからなっており、ある実施形態では、例えば、ほうりん珪酸ガラス(BPSG)、りん珪酸ガラス(PSG)、フルオロ珪酸ガラス(FSG)などの、1以上の添加剤が添加されたガラスからなっているであろう。ライナー16は、任意の適切な厚さに形成され、一実施形態では、例えば、約1700オングストロームの厚さなど、約1000オングストロームから約3000オングストロームの範囲内の厚さに形成されるであろう。
【0013】
導電性材料18及び20は、任意の適切な化合物あるいは、化合物の組み合わせからなるであろう。ある実施形態においては、導電性材料20は、銅を含み、本質的にこれからなり、あるいは、これからなり、材料18は、銅のバリア材料であろう。銅バリア材は、1以上の、コバルト、ルテニウム、タンタル、タンタル窒化物、タングステン窒化物、チタン窒化物を含むであろう。導電性材料18及び20は、共に、導電性相互接続の第1の部分22を形成する。ある実施形態では、導電性材料20は、導電性相互接続の第1の部分のコアと呼ばれ、材料18は、そのようなコアの周りに伸びる覆いと呼ばれるであろう。
【0014】
本出願の図の残りの説明は、コア20を、銅含有コアとして参照し、材料18を、そのようなコアの周りの銅バリア覆いとして参照するであろう。しかし、本発明はまた、銅含有コアと銅バリア覆いに加え、あるいは、代わりに、他の導電性材料を利用することのできる実施形態も含む。コアが非銅材料に置き換えられる実施形態においては、銅バリア覆いは省略されるであろう。
【0015】
コア20は、図示の実施形態では、開口部14がわずかに外側に突き出し、従って、半導体基板の側面9を超えて、外側に伸びるように図示される。他の実施形態においては、コアは、基板の面9と同面とされ、あるいは、基板の側面9に対して、凹むように形成されるであろう。
【0016】
図4を参照すると、基板12は、基板の第2の側面11から導電性相互接続の第1の部分22への距離Dが、約20マイクロメータ以下となるように、薄くされているであろう。ある実施形態では、基板の薄板化は、省略されるであろう。
【0017】
図5を参照すると、パターン化されたマスキング材料24は、基板12の第2の側面11に渡って設けられる。開口部26は、その開口部が直接、相互接続の第1の部分22に渡っているように、パターン化されたマスキング材料を通って伸びている。マスキング材料24は、任意の適切な化合物あるいは、化合物の組み合わせからなっており、ある実施形態では、フォトリソグラフィでパターン化されたフォトレジストに対応するであろう。
【0018】
図6を参照すると、開口部26は、基板12内に伸びており、特には、非導電性材料16に伸びている。続いて、マスキング材料24(図5)は、取り除かれる。開口部26は、任意の適切なエッチング、あるいは、エッチングの組み合わせと共に、基板12内に伸びており、ある実施形態では、深掘り反応性エッチング(DRIE)処理を利用して、基板内に伸びているであろう。図6の開口部26は、図2の処理段階で形成される第1の開口部14と区別するために、第2の開口部と呼ばれるであろう。開口部26は、ある実施形態では、非導電性材料16内部に、あるいは、これを通って、形成されるであろう。
【0019】
図7を参照すると、非導電性材料28は、基板12の第2の側面11に沿って、開口部26内に形成される。非導電性材料28は、任意の適切な化合物、あるいは、化合物の組み合わせからなり、ある実施形態では、二酸化珪素、あるいは、ちっ化珪素を含み、本質的にこれからなり、あるいは、これからなるであろう。非導電性材料は、例えば、原子層エピタキシー(ALD)及び化学蒸着(CVD)の1つあるいは両方を含む、任意の適切な処理によって形成されるであろう。ディポジション処理は、低温処理、特には、約200℃以下の温度を利用したものであるであろう。そのような低温処理は、基板12に関連した集積回路コンポーネントへの熱的に誘導された損傷を避けるために、望ましいであろう。
【0020】
非導電性材料28は、開口部26の底部に沿ってよりも、基板12の表面11に沿ってのほうがより厚く形成される。開口部26は、開口部26の底部に沿ったディポジションが、表面11に沿ったディポジションよりも遅いように、適切なアスペクト比を有するならば、それは起こり、ある実施形態では、開口部26は、2:1以上のアスペクト比を有しているであろう。ある実施形態では、表面11上の材料28の厚さは、少なくとも約5000オングストロームであり、開口部26の底部に沿っての材料28の厚さは、約3000オングストローム以下である。
【0021】
図8を参照すると、非導電性材料28は、材料28の底部を通って穴あけし、また、相互接続の導電性第1の部分22を暴露する、ライナー16を通った穴あけをする、非等方エッチングを受けるであろう。非導電性材料は、開口部26の側面に沿って、及び、開口部26の底部において、材料28を通ってエッチングにより穴あけされた後の表面11に渡って残る。図示の実施形態では、エッチングは、覆い18を通って、電気的相互接続の第1の部分のコア20まで開口部26を延伸するために実行される。図15及び16を参照して、以下に説明する、他の実施形態において、開口部26は、覆い18を通って、ではなく、覆い18まで延伸されるであろう。
【0022】
図9は、図8の構成の平面図を示し、相互接続の第1の部分22に対する開口部26を示す。相互接続部22は、それが他の材料の下にある事を示すために、点線で示されている。
【0023】
図10を参照すると、導電性材料は、基板12の第2の側面11に渡って、開口部26内部に形成される。そのような導電性材料は、銅バリア材料30、及び、銅シード材料32からなるであろう。銅バリア材料は、銅バリア材料18の利用に対し適しているとして、上記の材料の任意のものを含み、例えば、ALD、CVD、及び、物理蒸着(PVD)の1以上を含む任意の適切な処理によって形成されるであろう。銅シード材料は、任意の適切なシード材料を含んでおり、例えば、1以上のALD、CVD及びPVDなどの任意の適切な処理によって形成されるであろう。
【0024】
図11を参照すると、パターン化されたマスク34は、基板12の第2の側面11に渡って形成される。パターン化されたマスクは、マスキング材料36を含む。マスキング材料36は、任意の適切な化合物あるいは化合物の組み合わせであり、ある実施形態においては、フォトリソグラフィによってパターン化されたフォトレジストを含むであろう。
【0025】
パターン化されたマスク34は、基板の第2の側面の第1の領域38を覆い、第2の領域40を覆われないままにする。開口部26は、覆われていない第2の領域内にある。
【0026】
図12を参照すると、導電性材料42は、基板の第2の側面11に渡って、その第2の側面の、覆われていない第2の領域40内に形成される。材料42は、銅を含み、本質的にこれからなり、銅シード材料32から、電解成長されるであろう。図12の実施形態においては、電解成長された材料42は、覆われていない領域40内のシード材料が、材料42に併合されるに従い、効果的に消えるように、覆われていない領域40内のシード材料と併合される。
【0027】
導電性材料42は、任意の適切な厚さに形成されるであろう。図示の実施形態においては、材料42は、マスク34の高さを越える厚さに形成され、他の実施形態では、材料42は、マスク34の高さを越えない厚さに形成されるであろう。
【0028】
本出願の図の説明は、材料42を、銅を含む材料、材料32を、銅を含むシード材料、材料30を、銅バリア材料として、参照することができる。しかし、本発明は、また、銅含有材料と銅バリア材料に追加して、あるいは、変わりに、他の導電性材料が使われるであろう実施形態をも含む。銅含有材料32及び42が、非銅材料に置き換えられる実施形態においては、銅バリア材料は省略されるであろう。
【0029】
図13を参照すると、材料42は、材料42に渡って伸びる平面化された上面43を形成するために、化学的機械的研磨(CMP)を受け、マスク34(図12)が取り除かれる。また、銅バリア材料30及びシード材料32(図12)は、マスク34によって覆われた基板12の領域38から取り除かれる。
【0030】
導電性材料30及び42は、電気相互接続の第2の部分44内に組み込まれ、電気相互接続のこうした第2の部分は、開口部26の内部に延伸する。電気相互接続の第1と第2の部分22及び44は、互いに電気的に結合され、共に、基板貫通相互接続100を形成する。
【0031】
電気相互接続の第2の部分44は、基板の第2の側面11に渡り、側面47を有する台座46を含む。
ある実施形態では、第2の部分44は、材料42に対応するコアを備え、コアの周りの材料30に対応する覆いを備えると考えられるであろう。したがって、材料42は、相互接続の第2の部分44のコア材料として参照され、材料30は、相互接続の第2の部分の覆い材料として参照されるであろう。ある実施形態では、コア42は、銅含有コアであり、覆い30は、銅バリア覆いであるであろう。
【0032】
図14を参照すると、非導電性構成48は、基板12の第1の領域38に渡り、台座46の側面47に沿って形成されている。構成48は、非導電性材料50を含む。そのような非導電性材料は、任意の適切な化合物、あるいは、化合物の組み合わせを含み、ある実施形態では、ポリイミドを含み、本質的にこれからなり、あるいは、これからなるであろう。
【0033】
図14は、導電性コア材料42に渡って形成される結合材料52を示している。ある実施形態では、そのような結合材料は、半田が乗る材料を含み、構成10の外部の回路(不図示)に結合を構成するために適しているであろう。コア材料42に渡って直接設けられている結合材料が示されているが、ある実施形態では、結合材料とコア材料間に1以上の他のレイヤがあるであろう。そのような他のレイヤは、例えば、ニッケル、金、あるいは、半田の乗る材料をコア材料に接着するのに適した、任意の他の材料を含み、ある実施形態では、アンダ・バンプ材料として当技術分野で既知の材料を含むであろう。
【0034】
図8の製造段階は、コア20まで延びる開口部26を示している。他の実施形態においては、開口部26は、覆いを介してコア20に全体的にではなく、覆い18にまで伸びているであろう。図15及び16は、そのような他の実施形態の例を図示する。
【0035】
図15を参照すると、図8と同様な処理段階における構成10aが示されているが、開口部26は、導電性相互接続の第1の部分22の導電性覆い18まで伸びており、導電性相互接続のその第1の部分のコア20までは伸びていない。
【0036】
図16は、図14のそれと同様な処理段階における構成10a(特に、図10−14を参照して上記したものに類似した処理の後)を示しており、基板貫通相互接続の第1の部分22の導電性覆い18に結合する、導電性覆い30を有する基板貫通相互接続100の第2の部分44を示している。
【0037】
図1−16の実施形態は、単一の開口部内の電気相互接続の第2の部分を形成している。他の実施形態においては、電気相互接続の第2の部分は、複数の開口部内に形成されているであろう。複数の開口部内の電気相互接続の第2の部分を形成する例示的実施形態の方法が、図17−22を参照して説明される。
【0038】
図17を参照すると、構成10bは、図5のそれに類似する処理段階において示されている。構成10bは、図5の構成10と同様に、基板12の第2の側面11に渡って形成されている、パターン化されたマスキング材料24を含んでいる。しかし、図5の構成とは異なり、図17の構成10bは、マスキング材料24を通してパターン化されている、3つの開口部60−62を有している。開口部60−62は、直接に、電気相互接続の第1の部分22に全体に渡っている。図17の実施形態は、マスキング材料を通してパターン化されている複数の開口部がある例示的実施形態である。他の例示的実施形態においては、複数の開口部は、図示された3つの開口部とは異なる数の開口部に対応するであろう。図27−32を参照して、以下に説明するいくつかの実施形態では、全ての開口部が、直接に、電気相互接続の第1の部分に渡っているわけではない。むしろ、開口部のいくつかが、アンカーピンが望まれる位置にあるであろう。
【0039】
図18を参照すると、構成10bは、基板12を通して、開口部60−62に伸び、非導電性材料16に伸びる、図6を参照して上記したものに類似した処理を受ける。
【0040】
図19を参照すると、構成10bは、図8のそれに類似した処理段階において示されている。特に、構成は、基板の側面11に渡り、開口部60−62内の非導電性材料28の形成の後であり、かつ、材料16および18を通り、相互接続の第1の部分のコア20まで開口部60−62を伸ばすためのエッチングの後が示されている。
【0041】
図20は、図19の構成の平面図であり、相互接続の第1の部分22に対する開口部60−62が示されている。第1の部分22は、それが他の材料の下であることを示すために、点線で示されている。追加的な開口部63−66が、開口部60−62のほかに、図19の平面に示されている。全ての開口部60−66は、直接に、相互接続の第1の部分22に渡っており、従って、全てのそのような開口部は、相互接続の第1の部分に伸びる第2の開口部と考えられるであろう。図示された実施形態は、相互接続の第1の部分22に渡って形成された7つの開口部を有しているが、他の実施形態においては、相互接続の第1の部分に渡り形成された7つより少ない開口部があることも、あるいは、その第1の部分に渡って形成された、7つより多い開口部があることもある。
【0042】
図7を参照して上記したように、非導電性材料28は、非導電性材料が、基板内に伸びる開口部の底部におけるよりも、基板12の外面に渡って厚くなっているような条件の下に形成されている事が望ましいであろう。そのような条件は、開口部の底部における材料28のディポジションが、基板12の外面に渡って材料28のディポジションより遅いような、適切な高アスペクト比を有する開口部を利用するであろう。
【0043】
材料28の好ましいディポジション特性を達成する適切な高アスペクト比を有する単一の開口部を利用することに伴う潜在的困難は、そのような開口部内に最終的に形成される導電性相互接続の部分は、好ましい導電性特性を達成するには狭すぎるであろうということである。図19及び20の実施形態における複数の開口部の利用は、基板12の外面に渡ってよりも、開口部の底面に渡るほうが、非導電性材料28を薄く形成することができるための個別の開口部内で達成されるべき適切な高アスペクト比を可能にし、結果の相互接続が、好ましい導電性特性を有するように、結合された複数の開口部内に形成される十分な導電性材料を可能にするであろう。
【0044】
図19及び20の処理段階において形成される複数の開口部は、相互に(図示のように)略同じ大きさを持っているであろう。他の実施形態においては、1以上の開口部は、1以上の他の開口部とは、実質的に異なる大きさを有しているであろう。
【0045】
図21を参照すると、構成10bは、図14のそれと類似の処理段階において示されている。構成は、コア20と覆い18を備える第1の部分22を有し、コア42と覆い30を備える第2の部分44を有する基板貫通相互接続100を備えている。第2の部分44は、それぞれ、開口部60−62内の複数の導電性フィンガ70−72を備えている。導電性フィンガ70−72の全ては、基板貫通相互接続の第1の部分22のコア20に伸びている。
【0046】
ある実施形態では、コア20及びコア42は、両方とも、相互に、同じ金属を含有する化合物を含み、例えば、双方は、銅からなっているであろう。そのような実施形態においては、コア20と42は、第1の化合物を有する、金属含有コアと考えることができ、覆い30は、第1の化合物とは異なる(例えば、覆い30が、銅バリア材料からなるであろう)、金属含有コア20と42との直接の間の第2の化合物を備えると考えることができるであろう。
【0047】
図21の製造段階は、コア20まで延びる導電性フィンガ70−72を示している。他の実施形態においては、導電性フィンガ70−72は、覆いを通ってコア20まで全体的にではなく、覆い18まで伸びる(図15及び16を参照して上記した構成と類似して)であろう。図22は、基板貫通相互接続の第1の部分の覆い18まで、基板貫通相互接続100の第2の部分の導電性フィンガ70−72が伸びる例示的実施形態を示す構成10cが示されている。ある実施形態では、覆い18と30は、相互に同じ化合物でできており、従って、導電性コア42と20間に、単一のレイヤを形成するように併合するであろう。他の実施形態においては、覆い18と30は、相互に異なる化合物からなるであろう。
【0048】
図23−25は、図10−14の上記したパターン化と置き換えて利用できるであろう基板貫通相互接続の第2の部分のパターン化の方法を示す図である。
図23を参照すると、構成10dが、図8のそれに続く処理段階において示されている。構成は、図11を参照して上記した第1及び第2の領域38及び40を備えると示されている。非導電性構成80は、構成10dの基板12の第1の領域38の上にはあるが、第2の領域40の上にはないようにパターン化されている。
【0049】
非導電性構成は、任意の適切な化合物あるいは化合物の組み合わせからなるであろう非導電性材料82からなり、ある実施形態では、ポリイミドを含み、本質的にこれからなり、あるいは、これからなるであろう。非導電性材料は、任意の適切な処理によって、構成80の構成にパターン化されるであろう。たとえば、フォトリソグラフィでパターン化されたフォトレジストマスク(不図示)は、材料82の膨張に渡って形成され、パターンは、1以上の適切なエッチングによって、マスクから材料82の膨張に転移され、それから、マスクは、材料82の図示されたパターン化された構成80を残すために取り除かれるであろう。
【0050】
銅バリア材料30と銅シード材料32は、非導電性構成80に渡って、また、構成80によって覆われていない領域40を横断して形成される。
図24を参照すると、銅含有材料42は、材料30を横断して形成される。銅含有材料は、シード材料32から電解成長されるであろう(図23)。シード材料は、電解成長された銅と一体化し、したがって、図24の処理段階においては示されていない。
【0051】
図25を参照すると、CMP及び/あるいは、他の適切な処理が、非導電性材料82上から銅含有材料42と銅バリア材料30を取り除くが、銅含有材料42を基板の第2の領域40上には残しておくために利用される。続く処理(不図示)においては、図14の材料52に類似した半田が乗る材料が、銅含有材料42上に設けられるであろう。
【0052】
図25の構成は、そのような相互接続の第1の部分22の覆い18を通って伸びる基板貫通相互接続100の第2の部分44を有している。他の実施形態では、図23−25のそれに似た処理が、電気相互接続の第2の部分44が、そのような電気相互接続の第1の部分22の覆い18を通っては延伸しない図16のそれと類似の構成を形成するのに利用されるであろう。
【0053】
図23−25のそれに似た処理が、図21及び図22を参照して上記したものに類似した相互接続(すなわち、複数の導電性フィンガを備える相互接続)を形成する間に利用されるであろう。図26は、図23−25のそれと似た処理によって形成され、複数の導電性フィンガ70−72と共に、基板貫通相互接続100を備える構成10eを示す。
【0054】
本明細書で説明した基板貫通相互接続の部分44は、「第2の部分」として参照され、部分22は、「第1の部分」と参照されるが、ある実施形態では、それぞれの部分は、ここに設けられるさまざまな図面に示されるのと逆順で形成されるであろう。したがって、ある実施形態では、マルチフィンガ部分は、基板貫通相互接続の他の部分より前に形成されるであろう。
【0055】
実施形態は、第1及び第2の部分からなる単一の相互接続の形成を説明するが、実施形態は、また、途中まで基板を通ったところに配置されたインタフェースにおいて、相互に結合された双子の相互接続を形成するとして考えることが出来る。
【0056】
本出願の図は、個別の基板貫通相互接続の形成を示すが、そのような相互接続は、半導体基板内に同時に形成されるであろう多くの相互接続の代表であると理解されるべきである。したがって、図に示される個別の相互接続のそれぞれは、基板内に同時に形成される多数の相互接続の代表であるであろうことが理解されるべきである。そのような複数の相互接続は、基板を横断して、任意の適切な構成を有しており、例えば、Kirbyを発明者として、Micron Technology, Inc.を権利者として記述される米国特許番号6,943,106に記載されるものと類似の構成を有するであろう。
【0057】
図1−26の実施形態は、基板貫通電気相互接続を形成する。他の実施形態においては、アンカーピンは、基板貫通相互接続の形成の間、基板貫通相互接続に沿って形成されるであろう。アンカーピンを形成する方法の例示的実施形態が、図27−31を参照して説明される。
【0058】
図27を参照すると、構成10fが、図17のそれと類似の処理段階において示されている。構成10fは、図17の構成10と同様に、基板12の第2の側面11を横断して形成されたパターン化されたマスク材料24を含んでいる。しかし、図17の構成とは異なり、図27の構成10fは、3つの開口部60−62の反対側のマスク材料24を通ってパターン化される対の開口部110及び112を有している。開口部110及び112は、電気相互接続の第1の部分22から横方向にオフセットされており、したがって、電気相互接続のそのような第1の部分に直接には渡っていない。図27の実施形態は、電気相互接続の第1の部分に直接には渡らない位置に、マスク材料を通してパターン化された少なくとも1つの開口部がある例示的実施形態である。他の実施形態では、そのような第1の部分に直接には渡らない開口部の数は、開口部の図示された対とは異なる数の開口部に対応するであろう。
【0059】
図28を参照すると、構成10fは、図18を参照して上記したものに類似した処理を受け、そのような処理は、開口部110及び112を基板12内に延伸する。
【0060】
図29を参照すると、構成10fが、図19のそれと類似の処理段階において示されている。特に、構成は、基板の側面11に渡って、かつ、開口部60−62、110及び112内に、非導電性材料28を形成した後、かつ、開口部60−62を、材料16及び18を通り、相互接続の第1の部分のコア20まで延伸するエッチングの後のものが示されている。そのようなエッチングは、また、図示されているように、そのような開口部内の非導電性材料11の底面より下の深さまで、基板12内に開口部110及び112を窪ませるであろう。
【0061】
図30は、図29の構成の平面図を示し、相互接続の第1の部分22に対する、開口部60−62、110及び112を示す。第1の部分22は、他の材料の下にあることを示すために、点線で示されている。追加の開口部63−66が、開口部60−62、110、及び112に加え、図29の平面図に示されている。開口部60−66の全ては、相互接続の第1の部分22に直接に渡っているが、開口部110及び112は、相互接続のそのような第1の部分には、直接には渡ってない。
【0062】
図29及び30の処理段階において形成される複数の開口部は、任意の適切な大きさを持つであろう。
図31を参照すると、構成10fは、図21のそれと類似の処理段階において示されている。構成は、コア20と覆い18を備える第1の部分22と、コア42と覆い30と備える第2の部分44を有する基板貫通相互接続100を備えている。第2の部分44は、それぞれ、開口部60−62内に複数の導電性フィンガ70−72を備えている。全ての導電性フィンガ70−72は、基板貫通相互接続の第1の部分22のコア20まで伸びている。構成はまた、基板12内に伸びるアンカーピン114及び116を形成するために、開口部110及び112内に伸びる導電性材料42を備えている。こうしたアンカーピンは、材料42のパッドを基板に固定する助けになることができる。アンカーピンの数と間隔は、基板の望ましくない弱体化を避けつつ、基板への材料42のパッドを望ましく固定するために選択されるであろう。
【0063】
図31のそれに類似のアンカーピンは、本明細書で説明した任意の実施形態と組み合わせて利用されるであろう。
図31の実施形態は、電気相互接続の第1の部分22に対し、いくらか対称的に向けられた材料42のパッドを示すが(特に、図31の断面に沿って、相互接続の第1の部分の左右の両方へ約等距離で伸びているパッド材料42を示している)、他の実施形態では、パッド材料は、電気相互接続のそのような第1の部分に対し、非対称に向けられているであろう。図32は、材料42のパッドが、電気相互接続の第1の部分22に対し、横方向にオフセットされて設けられている構成10gを示している。図示の実施形態においては、材料42は、開口部112内に伸びるアンカーピン116を形成している。ある実施形態においては、熱膨張の間に発生するさまざまな力をそらすことができる点で、電気相互接続の第1の部分22に対し、横方向にオフセットされた材料42のパッドを有することは、いくらか利点があるであろう。
【0064】
図におけるさまざまな実施形態の特定の方向は、ただ図示の目的のためであり、実施形態は、ある応用においては、示された方向に対し回転することが出来るであろう。本明細書の説明と、続く請求項は、構成が図の特定の方向であるか、あるいは、そのような方向に対し回転されているかには関わらず、さまざまな特徴間の説明した関係を有している任意の構成に関連する。
【0065】
添付の図の断面図は、ただ、断面内の特徴を示すためであり、図を簡単化するために、断面の後ろ側の材料は示していない。
構成が、他の構成「の上」あるいは「に対して」として参照されるときには、それが直接他の構成の上にあるか、介在する構成があっても良い。一方、構成が、他の構成「の直接に上」あるいは「直接に、対して」と参照される場合には、介在する構成は存在しない。構成が他の構成に「接続」され、あるいは、「結合」されると参照される場合には、他の構成に直接接続されるか、結合され、介在する構成があっても良い。一方、構成が、他の構成に「直接接続」され、あるいは、「直接結合され」と参照されている場合には、介在する構成は存在しない。
【0066】
ある実施形態は、半導体基板を通って相互接続を形成する方法を含む。第1の開口部は、半導体基板の一面から基板を通って途中まで伸びるように形成することができる。導電性相互接続の第1の部分は、第1の開口部内に形成されるであろう。少なくとも1つの第2の開口部は、基板の第2の側面から導電性相互接続の第1の部分に延びるように形成されるであろう。導電性相互接続の第2の部分は、少なくとも1つの第2の開口部内に形成されるであろう。
【0067】
ある実施形態は、半導体基板を通って、相互接続を形成する方法を含む。第1の開口部は、半導体基板の一面から、基板を通って途中まで伸びるように形成されるであろう。導電性相互接続の第1の部分は、第1の開口部内に形成されるであろう。少なくとも1つの第2の開口部は、基板の第2の側面から、導電性相互接続の第1の部分に直接に渡って伸びるように形成されるであろう。非導電性材料は、基板の第2の側面に沿って、少なくとも1つの第2の開口部内に、形成されるであろう。非導電性材料は、基板の第2の側面に沿って、かつ、少なくとも1つの第2の開口部の側面に沿って、非導電性材料を残しつつ、少なくとも1つの第2の開口部の底部に沿って取り除かれるであろう。非導電性材料が、少なくとも1つの第2の開口部の底部に沿って取り除かれた後、相互接続の第1の部分の領域は、少なくとも1つの第2の開口部を通って暴露される。それから、導電性相互接続の第2の部分は、少なくとも1つの第2の開口部内に形成されるであろう。
【0068】
ある実施形態は、基板貫通相互接続の導電性の第1の部分を有する半導体構成を含み、この第1の部分は、半導体基板の第1の側面から、基板を部分的に通って、伸びる。半導体構成は、基板貫通相互接続の導電性の第2の部分も有し、第2の部分は、基板の第2の側面から第1の側面とは対向するように(in opposing relation to)伸び、導電性の第1の部分まで全てが伸びる、複数の個別の導電性フィンガを備えるであろう。
【0069】
ある実施形態では、基板貫通相互接続の第1の導電性部分を含む半導体構成を含み、この第1の部分は、半導体基板の第1の側面から、基板を部分的に通って伸び、第1の金属含有コアを有している。半導体構成は、また、基板貫通相互接続の第2の導電性部分を含み、この第2の部分は、半導体基板の第2の側面から、第1の側面とは対向するように(in opposing relation to)伸び、この第2の部分は、金属含有コアの周りに導電性覆いを有し、第2の部分の導電性覆いは第1の部分の導電性コアと第2の部分の導電性コアの間にあるであろう。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19
図20
図21
図22
図23
図24
図25
図26
図27
図28
図29
図30
図31
図32