特開 2024-135231 接合型配線部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024135231

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】接合型配線部材

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3205 20060101AFI20240927BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20240927BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H01L21/88 J

H01L21/90 J

H01L21/92 602B

H01L21/92 602H

H01L21/92 602J

H01L21/92 603B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023045812

(22)【出願日】2023-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】小原 佳

(72)【発明者】

【氏名】津村 一道

【テーマコード（参考）】

5F033

【Ｆターム（参考）】

5F033HH07

5F033HH13

5F033HH18

5F033JJ33

5F033MM03

5F033MM30

5F033PP15

5F033PP26

5F033QQ08

5F033QQ19

5F033QQ31

5F033VV07

5F033XX13

5F033XX20

(57)【要約】

【課題】信頼性を高くすることができる接合型配線部材の提供。
【解決手段】接合型配線部材は、第１方向に延びる第１貫通孔を有する第１基板と、第１方向において第１基板と対向し、第１方向に延びる第２貫通孔を有する第２基板と、第１方向において第１基板と第２基板との間に位置し、第１基板及び第２基板の少なくともいずれか一方に積層され、第１貫通孔及び第２貫通孔と連続する貫通孔を有する配線部と、配線部の貫通孔の側面に設けられた導電膜と、第１方向において第１基板と第２基板との間に位置し、第１基板と第２基板とを接合する少なくとも２つの接合金属部と、接合金属部と配線部との間に設けられた下地金属膜とを備え、導電膜は、接合金属部の材料及び下地金属膜の材料と異なる材料からなる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向に延びる第１貫通孔を有する第１基板と、
前記第１方向において前記第１基板と対向し、前記第１方向に延びる第２貫通孔を有する第２基板と、
前記第１方向において前記第１基板と前記第２基板との間に位置し、前記第１基板及び前記第２基板の少なくともいずれか一方に積層され、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔と連続する貫通孔を有する配線部と、
前記配線部の前記貫通孔の側面に設けられた導電膜と、
前記第１方向において前記第１基板と前記第２基板との間に位置し、前記第１基板と前記第２基板とを接合する少なくとも２つの接合金属部と、
前記接合金属部と前記配線部との間に設けられた下地金属膜と、
を備え、
前記導電膜は、前記接合金属部の材料及び前記下地金属膜の材料と異なる材料からなる接合型配線部材。

【請求項2】

前記配線部は、前記下地金属膜を介して前記接合金属部と電気的に接続された配線層を有する請求項１に記載の接合型配線部材。

【請求項3】

前記配線部は、前記第１基板及び前記第２基板のそれぞれに積層され、
前記導電膜は、前記第１基板及び前記第２基板のそれぞれに積層された前記配線部の前記貫通孔の前記側面に設けられている請求項１に記載の接合型配線部材。

【請求項4】

前記第２貫通孔の側面に設けられた電極膜をさらに備え、
前記配線部は、前記第１基板に積層され、
前記配線部は、前記下地金属膜及び前記接合金属部を介して、前記電極膜と電気的に接続された配線層を有する請求項１に記載の接合型配線部材。

【請求項5】

前記接合金属部は、主に金を含み、
前記下地金属膜は、主にパラジウム、チタン、またはパラジウム膜とチタン膜との積層膜を含み、
前記導電膜は、主に窒化チタンを含む請求項１～４のいずれか１つに記載の接合型配線部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、接合型配線部材に関する。

【背景技術】

【0002】

配線部材に貫通孔を形成した構成が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－２８２０３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態は、信頼性を高くすることができる接合型配線部材の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の実施形態によれば、接合型配線部材は、第１方向に延びる第１貫通孔を有する第１基板と、前記第１方向において前記第１基板と対向し、前記第１方向に延びる第２貫通孔を有する第２基板と、前記第１方向において前記第１基板と前記第２基板との間に位置し、前記第１基板及び前記第２基板の少なくともいずれか一方に積層され、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔と連続する貫通孔を有する配線部と、前記配線部の前記貫通孔の側面に設けられた導電膜と、前記第１方向において前記第１基板と前記第２基板との間に位置し、前記第１基板と前記第２基板とを接合する少なくとも２つの接合金属部と、前記接合金属部と前記配線部との間に設けられた下地金属膜と、を備え、前記導電膜は、前記接合金属部の材料及び前記下地金属膜の材料と異なる材料からなる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態の接合型配線部材の模式平面図である。

【図2】図１におけるＡ－Ａ断面図である。

【図3】（ａ）及び（ｂ）は、第１実施形態の接合型配線部材の製造方法を示す模式断面図である。

【図4】（ａ）及び（ｂ）は、第１実施形態の接合型配線部材の製造方法を示す模式断面図である。

【図5】（ａ）及び（ｂ）は、第１実施形態の接合型配線部材の製造方法を示す模式断面図である。

【図6】（ａ）及び（ｂ）は、第１実施形態の接合型配線部材の製造方法を示す模式断面図である。

【図7】第１実施形態の接合型配線部材の製造方法を示す模式断面図である。

【図8】第２実施形態の接合型配線部材の模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、同一または同様の要素には、同じ符号を付している。

【0008】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の接合型配線部材１の模式平面図である。
図２は、図１におけるＡ－Ａ断面図である。

【0009】

接合型配線部材１は、第１チップ１００と第２チップ２００とを備える。第１チップ１００と第２チップ２００とは、接合金属部５０を介して接合され、第１方向Ｚにおいて積層されている。第１方向Ｚに直交する２方向を、第２方向Ｘ及び第３方向Ｙとする。第２方向Ｘと第３方向Ｙとは互いに直交する。

【0010】

第１チップ１００は、第１基板１０を有する。第１基板１０は、第１面１１と、第１方向Ｚにおいて第１面１１の反対側に位置する第２面１２とを有する。また、第１基板１０は、第１面１１から第２面１２まで貫通し、第１方向Ｚに延びる第１貫通孔１３を有する。第１基板１０は、例えば、シリコン基板である。

【0011】

第２チップ２００は、第２基板２０を有する。第２基板２０は、第１方向Ｚにおいて第１基板１０の第１面１１と対向する第３面２１と、第１方向Ｚにおいて第３面２１の反対側に位置する第４面２２とを有する。また、第２基板２０は、第３面２１から第４面２２まで貫通し、第１方向Ｚに延びる第２貫通孔２３を有する。第２基板２０は、例えば、シリコン基板である。

【0012】

第１チップ１００は、第１基板１０に積層された第１配線部３０を有する。第１配線部３０は、第１基板１０の第１面１１に設けられている。第１方向Ｚにおいて、第１配線部３０は、第１基板１０と第２基板２０との間に位置する。第１配線部３０は、第１絶縁層３３と、第１絶縁層３３内に設けられた第１配線層３１とを有する。第１配線部３０は、例えば、複数層の第１配線層３１と、異なる層の第１配線層３１どうしを接続する第１導電ビア３２とを有する。また、第１配線部３０は、第１方向Ｚにおいて第１貫通孔１３及び第２貫通孔２３と連続する第１配線部貫通孔３５を有する。

【0013】

第２チップ２００は、第２基板２０に積層された第２配線部４０を有する。第２配線部４０は、第２基板２０の第３面２１に設けられている。第１方向Ｚにおいて、第２配線部４０は、第１配線部３０と第２基板２０との間に位置する。第２配線部４０は、第２絶縁層４３と、第２絶縁層４３内に設けられた第２配線層４１とを有する。第２配線部４０は、例えば、複数層の第２配線層４１と、異なる層の第２配線層４１どうしを接続する第２導電ビア４２とを有する。また、第２配線部４０は、第１方向Ｚにおいて第１貫通孔１３、第１配線部貫通孔３５、及び第２貫通孔２３と連続する第２配線部貫通孔４５を有する。

【0014】

図１に示すように、例えば、複数の第２貫通孔２３が、第２方向Ｘ及び第３方向Ｙに並んでいる。第２貫通孔２３の下方に第２配線部貫通孔４５が位置し、第２配線部貫通孔４５の下方に第１配線部貫通孔３５が位置し、第１配線部貫通孔３５の下方に第１貫通孔１３が位置する。

【0015】

接合金属部５０は、第１方向Ｚにおいて第１配線部３０と第２配線部４０との間に位置する。複数の接合金属部５０が、第１チップ１００と第２チップ２００との間に配置される。図１に示すように、平面視において、第２方向Ｘ及び第３方向Ｙの少なくとも一方向において隣り合う第２貫通孔２３の間に、１つの接合金属部５０が配置される。逆に言うと、平面視において、第２方向Ｘ及び第３方向Ｙの少なくとも一方向において隣り合う接合金属部５０の間に、１つの第２貫通孔２３が配置される。

【0016】

１つの接合金属部５０は、後述するように、第１チップ１００側に設けられた第１接合金属部５１と、第２チップ２００側に設けられた第２接合金属部５２とが、熱と力を加えることで金属拡散接合されて一体となったものである。

【0017】

第１チップ１００は、接合金属部５０と第１配線部３０との間に設けられた第１下地金属膜６１をさらに有する。第１下地金属膜６１は、接合金属部５０と第１配線部３０との密着力を高める。

【0018】

第２チップ２００は、接合金属部５０と第２配線部４０との間に設けられた第２下地金属膜６２をさらに有する。第２下地金属膜６２は、接合金属部５０と第２配線部４０との密着力を高める。

【0019】

第１チップ１００は、第１配線部貫通孔３５の側面に設けられた第１導電膜７１をさらに有する。第１導電膜７１は、第１配線部貫通孔３５の側面の全面を覆う。

【0020】

第２チップ２００は、第２配線部貫通孔４５の側面に設けられた第２導電膜７２をさらに有する。第２導電膜７２は、第２配線部貫通孔４５の側面の全面を覆う。

【0021】

第２貫通孔２３、第２配線部貫通孔４５、第１配線部貫通孔３５、及び第１貫通孔１３内を、例えば、荷電粒子ビームが通過する。それぞれが貫通孔を有する２つのチップ（第１チップ１００及び第２チップ２００）を接合することで、単独のチップでは形成することが難しい深い貫通孔を持った接合型配線部材１を構成することができる。

【0022】

接合金属部５０は、第１チップ１００と第２チップ２００とを接合するだけでなく、第１チップ１００と第２チップ２００とを電気的に接続する導電部としても機能することができる。この場合、第１チップ１００の第１配線部３０の第１配線層３１は、第１導電ビア３２及び第１下地金属膜６１を介して、接合金属部５０と電気的に接続される。また、第２チップ２００の第２配線部４０の第２配線層４１は、第２導電ビア４２及び第２下地金属膜６２を介して、接合金属部５０と電気的に接続される。

【0023】

本実施形態によれば、第１配線部３０に形成された第１配線部貫通孔３５の側面は第１導電膜７１で覆われ、第１配線部３０の第１絶縁層３３は第１配線部貫通孔３５の側面において露出していない。第２配線部４０に形成された第２配線部貫通孔４５の側面は第２導電膜７２で覆われ、第２配線部４０の第２絶縁層４３は第２配線部貫通孔４５の側面において露出していない。これにより、接合型配線部材１の使用環境下、使用準備中、または保管中における第１絶縁層３３の側面及び第２絶縁層４３の側面への吸湿を抑制し、第１配線層３１及び第２配線層４１の酸化を抑制することができる。この結果、接合型配線部材１の信頼性を高めることができる。

【0024】

また、第１導電膜７１及び第２導電膜７２により、第１絶縁層３３の側面及び第２絶縁層４３の側面への帯電を抑制し、荷電粒子ビームの異常偏向を抑制することができる。この結果、接合型配線部材１の信頼性を高めることができる。

【0025】

また、本実施形態においては、第１導電膜７１及び第２導電膜７２は、接合金属部５０の材料及び第１下地金属膜６１及び第２下地金属膜６２の材料と異なる材料からなる。ここでの材料は、各部材を主に構成する材料を表す。例えば、接合金属部５０は主に金を含み、第１下地金属膜６１及び第２下地金属膜６２は主にパラジウム、チタン、またはパラジウム膜とチタン膜との積層膜を含み、第１導電膜７１及び第２導電膜７２は主に窒化チタンを含む。これにより、後述するように、第１下地金属膜６１及び第２下地金属膜６２をパターニングするときのエッチングによる、第１導電膜７１及び第２導電膜７２のダメージや消失を防ぐことができる。

【0026】

次に、図３（ａ）～図７を参照して、第１実施形態の接合型配線部材１の製造方法について説明する。

【0027】

図３（ａ）に示すように、第１基板１０の第１面１１に第１配線部３０を形成する。第１配線部３０は、前述したように、例えば、多層配線構造を有する。

【0028】

図３（ｂ）に示すように、第１配線部３０に第１配線部貫通孔３５を形成する。第１配線部貫通孔３５は、第１配線部３０を貫通し、第１基板１０の第１面１１に達する。

【0029】

第１配線部貫通孔３５を形成した後、図４（ａ）に示すように、第１導電膜７１を形成する。第１導電膜７１として、例えば、窒化チタンを主に含む窒化チタン膜をスパッタ法で形成する。第１導電膜７１は、第１配線部３０の上面、第１配線部貫通孔３５の側面及び底面に連続して形成される。

【0030】

第１導電膜７１を形成した後、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により、第１導電膜７１をエッチバックし、図４（ｂ）に示すように、第１配線部貫通孔３５の側面に第１導電膜７１を残す。

【0031】

この後、図５（ａ）に示すように、第１下地金属膜６１を形成する。第１下地金属膜６１として、例えば、パラジウム、チタン、またはパラジウム膜とチタン膜との積層膜を主に含む金属膜をスパッタ法で形成する。第１下地金属膜６１は、第１配線部３０の上面、第１配線部貫通孔３５の側面に形成された第１導電膜７１、及び第１配線部貫通孔３５の底面に連続して形成される。このとき、第１配線部３０の上面において、第１下地金属膜６１は第１配線部３０の第１導電ビア３２と電気的に接続される。

【0032】

第１下地金属膜６１を形成した後、図５（ｂ）に示すように、レジストマスク９１を用いためっき法により、第１接合金属部５１が、金を主に含む金属膜として形成される。第１下地金属膜６１は、めっきのシード層として機能する。第１接合金属部５１は、第１配線部３０の上面に位置する第１下地金属膜６１上に形成される。

【0033】

第１接合金属部５１を形成した後、レジストマスク９１を除去する。そして、レジストマスク９１の除去により第１下地金属膜６１の露出した部分を、ウェットエッチング法により除去する。第１接合金属部５１は、第１下地金属膜６１の材料と異なる材料からなるため、第１下地金属膜６１をウェットエッチングにより除去するときにマスクとして機能する。図６（ａ）に示すように、第１接合金属部５１の下に第１下地金属膜６１が残り、それ以外の第１下地金属膜６１は除去される。このとき、第１導電膜７１は、第１下地金属膜６１の材料と異なる材料からなるため、上記ウェットエッチングに対する耐性を有する。これにより、第１配線部貫通孔３５の側面に、第１導電膜７１を確実に残すことができる。

【0034】

なお、第１接合金属部５１を選択的なエッチングによりパターニングしてもよい。この場合においても、第１導電膜７１は、第１接合金属部５１の材料と異なる材料からなるため、第１接合金属部５１をエッチングするときに耐性を有し、第１配線部貫通孔３５の側面に第１導電膜７１を確実に残すことができる。

【0035】

第１接合金属部５１を形成した後、図６（ｂ）に示すように、第１基板１０に第１貫通孔１３を形成する。例えば、第１基板１０の第２面１２側からＲＩＥ法により、第１配線部貫通孔３５とつながるように第１貫通孔１３を形成する。このようにして、第１チップ１００が得られる。

【0036】

上述した第１チップ１００と同様の工程により、第２チップ２００も得ることができる。そして、図７に示すように、第１チップ１００の第１接合金属部５１と、第２チップ２００の第２接合金属部５２とを対向させ、接触させる。この後、熱と力を加えて、第１接合金属部５１及び第２接合金属部５２の金属（この例では金）どうしを拡散させ、第１接合金属部５１及び第２接合金属部５２を接合する。

【0037】

比較例として、第１接合金属部５１をパターニングした後に、第１配線部貫通孔３５の側面に第１導電膜７１を形成することが考えられる。この場合、第１導電膜７１を形成するときの金属残渣により、第１接合金属部５１の表面が第２接合金属部５２との接合処理に適さない状態になる可能性や、異なる電位が与えられる第１接合金属部５１間をショートさせる可能性が懸念される。

【0038】

本実施形態によれば、第１接合金属部５１を形成する前に、第１配線部貫通孔３５の側面に第１導電膜７１が既に形成されている。そのため、第１接合金属部５１と第２接合金属部５２との接合処理を良好に行え、異なる電位が与えられる第１接合金属部５１間のショートも抑制することができる。

【0039】

［第２実施形態］
図８は、第２実施形態の接合型配線部材２の模式断面図である。

【0040】

第１チップ１００と第２チップ３００とが、接合金属部５０を介して接合されている。第２チップ３００は、第２基板２０を有する。配線部は第１チップ１００の第１基板１０のみに積層され、第２チップ３００の第２基板２０には積層されていない。第２基板２０は、第１配線部貫通孔３５及び第１貫通孔１３と連続した第２貫通孔２３を有する。第２基板２０の第３面２１に、第２下地金属膜６２を介して、接合金属部５０が接合している。

【0041】

第２基板２０の第２貫通孔２３の側面には、第１電極膜８１と第２電極膜８２が設けられている。第１電極膜８１と第２電極膜８２とは、第２方向Ｘにおいて離れて対向し、第２貫通孔２３内においてつながっていない。

【0042】

第１電極膜８１及び第２電極膜８２のそれぞれの下端部は、第２下地金属膜６２と接続している。第１電極膜８１及び第２電極膜８２のそれぞれは、第２下地金属膜６２、接合金属部５０、第１下地金属膜６１、及び第１導電ビア３２を介して、第１配線層３１と電気的に接続されている。第１電極膜８１と電気的に接続された第１配線層３１と、第２電極膜８２と電気的に接続された第１配線層３１とは、電気的に接続されず、第１電極膜８１及び第２電極膜８２のそれぞれに異なる電位を与えることができる。これにより、第２貫通孔２３内を通過する荷電粒子ビームを偏向させることができる。

【0043】

第２基板２０が、例えば、シリコン基板のように導電性を有する場合には、第１電極膜８１と第２基板２０との間、及び第２電極膜８２と第２基板２０との間に絶縁膜２４が設けられる。第２基板２０が、絶縁性基板である場合には、第１電極膜８１及び第２電極膜８２を第２基板２０に直接形成してもよい。

【0044】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0045】

１…接合型配線部材、２…接合型配線部材、１０…第１基板、１３…第１貫通孔、２０…第２基板、２３…第２貫通孔、２４…絶縁膜、３０…第１配線部、３１…第１配線層、３３…第１絶縁層、３５…第１配線部貫通孔、４０…第２配線部、４１…第２配線層、４３…第２絶縁層、４５…第２配線部貫通孔、５０…接合金属部、５１…第１接合金属部、５２…第１接合金属部、６１…第１下地金属膜、６２…第２下地金属膜、７１…第１導電膜、７２…第２導電膜、８１…第１電極膜、８２…第２電極膜、１００…第１チップ、２００…第２チップ、３００…第２チップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】