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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-31
(54)【発明の名称】クランプ型半導体ウエハ及び半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 25/07 20060101AFI20241024BHJP
H01L 21/3205 20060101ALI20241024BHJP
【ＦＩ】
H01L25/08 Y
H01L21/88 S
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024529316
(86)(22)【出願日】2023-04-10
(85)【翻訳文提出日】2024-05-16
(86)【国際出願番号】 US2023018010
(87)【国際公開番号】W WO2023200699
(87)【国際公開日】2023-10-19
(31)【優先権主張番号】17/718,021
(32)【優先日】2022-04-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】504056130
【氏名又は名称】ウェスタン デジタル テクノロジーズ インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100207837
【弁理士】
【氏名又は名称】小松原 寿美
(72)【発明者】
【氏名】ペリヤナン、キルバカラン
(72)【発明者】
【氏名】リネン、ダニエル
(72)【発明者】
【氏名】パチャムトゥ、ジャヤベル
【テーマコード（参考）】
5F033
【Ｆターム（参考）】
5F033HH07
5F033HH11
5F033HH12
5F033HH19
5F033JJ19
5F033MM18
5F033NN30
5F033PP06
5F033PP14
5F033PP15
5F033PP27
5F033PP28
5F033QQ73
5F033QQ75
5F033VV07
5F033VV16
(57)【要約】
クランプ型半導体ウエハ及びクランプ型半導体装置は、固化して前記ウエハ／装置の輸送又は保管を可能にする流動性金属で充填されたリザーバを含む。前記固化した金属は、液体に戻るようにリフローして、前記半導体ウエハを一緒にクランプし、前記半導体パッケージを一緒にクランプすることを可能にすることもできる。前記流動性金属は、液体又はペーストとして前記リザーバ内に充填できる。その後、前記流動性金属は、冷却してクランプ部材として固化することができる。
【選択図】 図１
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体ウエハであって、対向する第１と第２主面と、
前記第１主面に隣接する誘電体層と、
前記誘電体層内に形成された集積回路と、
前記第１主面内のボンドパッドであって、前記集積回路に電気的に結合されたボンドパッドと、
前記誘電体層内に形成され前記第１主面で開いている１組の１つ又は複数のリザーバであって、流動性金属を受け入れて、前記１組の１つ又は複数のリザーバ内の前記流動性金属が固化する上で前記半導体ウエハを第２半導体ウエハにクランプするように構成された１組の１つ又は複数のリザーバと、を含む、前記半導体ウエハ。
【請求項2】
前記１組の１つ又は複数のリザーバからのリザーバは、前記第１主面から離れるベース部、及び前記ベース部よりも前記第１主面に近いネック部を含み、前記ベース部が前記ネック部より広い、請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項3】
前記１組の１つ又は複数のリザーバは、前記誘電体層の深さを部分的に貫通した深さに延在する、請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項4】
前記１組の１つ又は複数のリザーバは、前記集積回路及びボンドパッドの位置と干渉しないように位置決めされる、請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項5】
前記集積回路を含む半導体ダイを更に含み、前記１組の１つ又は複数のリザーバは、前記半導体ダイのフットプリントを囲む複数のリザーバを含む、請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項6】
前記集積回路を含む半導体ダイを更に含み、前記１組の１つ又は複数のリザーバは、前記半導体ダイのフットプリント内の１つ又は複数のリザーバを含む、請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項7】
前記１組の１つ又は複数のリザーバ内の流動性金属を更に含み、前記流動性金属は、第１温度で液体又はペーストとなり、前記第１温度より低い第２温度で固体となるように構成される、請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項8】
前記流動性金属は、前記第１温度で前記１組の１つ又は複数のリザーバ内に注ぎ込まれる、請求項７に記載の半導体ウエハ。
【請求項9】
前記流動性金属は、前記ウエハにおける前記１組の１つ又は複数のリザーバの第１リザーバの少なくとも一部を充填し、前記第２ウエハの第２リザーバを少なくとも部分的に充填するように構成され、前記第１と第２リザーバが互いに位置合わせされて、前記流動性金属が前記第２温度である時に前記ウエハを前記第２ウエハにクランプする、請求項７に記載の半導体ウエハ。
【請求項10】
前記流動性金属は、前記第１温度から前記第２温度へ移動する時に収縮して前記ウエハと前記第２ウエハを一緒に緊密に引き寄せるように構成される、請求項７に記載の半導体ウエハ。
【請求項11】
前記集積回路は、メモリアレイ及びＣＭＯＳ論理回路の一方を含み、前記第２ウエハは、前記メモリアレイ及びＣＭＯＳ論理回路の他方を含む、請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項12】
半導体ダイであって、対向する第１と第２主面と、
前記第１主面に隣接する誘電体層と、
前記誘電体層内に形成された集積回路と、
前記第１主面内のボンドパッドであって、前記集積回路に電気的に結合されたボンドパッドと、
前記誘電体層内に形成され前記第１主面で開いている１組の１つ又は複数のリザーバであって、流動性金属を受け入れて、前記１組の１つ又は複数のリザーバ内の前記流動性金属が固化する上で前記半導体ダイを第２半導体ダイにクランプするように構成された１組の１つ又は複数のリザーバと、を含む、前記半導体ダイ。
【請求項13】
前記集積回路は、前記半導体ダイのアクティブ領域内にあり、前記１組の１つ又は複数のリザーバは、前記アクティブ領域周囲の１つ又は複数の境界における複数のリザーバを含む、請求項１２に記載の半導体ダイ。
【請求項14】
前記集積回路は、前記半導体ダイのアクティブ領域内にあり、前記１組の１つ又は複数のリザーバは、前記ダイの前記アクティブ領域における１つ又は複数のリザーバを含む、請求項１２に記載の半導体ダイ。
【請求項15】
前記１組の１つ又は複数のリザーバからのリザーバは、前記第１主面から離れるベース部、及び前記ベース部よりも前記第１主面に近いネック部を含み、前記ベース部が前記ネック部より広い、請求項１２に記載の半導体ダイ。
【請求項16】
半導体装置であって、対向する第１と第２主面を含む信号搬送媒体と、
前記信号搬送媒体中で形成され前記第１及び第２主面の一方で開いている１組の１つ又は複数のリザーバであって、流動性金属を受け入れて、前記１組の１つ又は複数のリザーバ内の前記流動性金属が固化する上で前記半導体装置を第２半導体装置にクランプするように構成された１組の１つ又は複数のリザーバと、を含む、前記半導体装置。
【請求項17】
前記半導体装置及び第２半導体装置の一方はプリント回路基板であり、前記半導体装置及び第２半導体装置の他方は、１つ又は複数の半導体ダイを含む半導体パッケージである、請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項18】
前記１組の１つ又は複数のリザーバ内の流動性金属を更に含み、前記流動性金属は、第１温度で液体又はペーストとなり、前記第１温度より低い第２温度で固体となるように構成される、請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項19】
前記流動性金属は、前記半導体装置における前記１組の１つ又は複数のリザーバの第１リザーバの少なくとも一部を充填し、前記第２半導体装置の第２リザーバを少なくとも部分的に充填するように構成され、前記第１及び第２リザーバが互いに位置合わせされて、前記流動性金属が前記第２温度である時に前記半導体装置を前記第２半導体装置にクランプする、請求項１８に記載の半導体装置。
【請求項20】
第３組の１つ又は複数のリザーバを含む第３半導体装置を更に含み、前記流動性金属が前記第３組の１つ又は複数のリザーバの１つに流入して、前記流動性金属が前記第２温度である時に前記第３半導体装置を前記半導体装置及び前記第２半導体装置にクランプする、請求項１９に記載の半導体ウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２２年４月１１日に出願した、発明の名称が「クランプ型半導体ウエハ及び半導体装置」である米国仮出願第１７／７１８，０２１号の優先権を主張し、その全ての内容があらゆる目的で参照によって本出願に組み込まれる。
本出願は、２０２２年４月１１日に出願した、発明の名称が「クランプ型半導体ウエハ及び半導体装置」である米国仮出願第１７／７１８，０２１号の優先権を主張し、その全ての内容があらゆる目的で参照によって本出願に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
ポータブル家電製品に対する需要が急速に増加するに伴い、大容量記憶装置に対するニーズが高まっている。フラッシュメモリ記憶カードのような不揮発性半導体メモリ装置は、デジタル情報の記憶及び交換に対するこのますます増加する需要を満たすために、広く使用されている。このようなメモリ装置は、その携帯性、多用性及び堅牢な設計、並びにその高信頼性及び大容量により、多種多様の電子機器、例えば、デジタルカメラ、デジタル音楽プレーヤー、ビデオゲーム機、携帯電話及びソリッドステートドライブ等における使用に理想的なものとなる。
【0003】
最近、層状に形成されたメモリセルのストリングを有する３Ｄ積層メモリアレイ構造を使用する超高密度メモリ装置が提案されている。このような記憶装置は、Ｂｉｔ Ｃｏｓｔ Ｓｃａｌａｂｌｅ（ＢｉＣＳ）アーキテクチャと呼ばれる場合がある。層状メモリセルに加えて、３Ｄメモリ装置は、メモリセルへの読み取り／書き込みを制御する論理回路も含む。論理回路は、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）技術を使用して製造されることが多く、典型的に、半導体ウエハ内の積層メモリ層の下に形成され得る。
【0004】
メモリアレイ構造をＣＭＯＳ論理回路と一緒に製造する困難を考慮して、これらの回路を異なるウエハ上に製造し、その後ウエハを貼り合わせて一体型メモリモジュールを形成することが知られている。Ｃｕ－Ｃｕ接合のような、それぞれのウエハを一緒に貼り合わせるいくつかの方法が既知であるが、これらの方法には欠点がある。例えば、部品を再加工するために、貼り合わせられたウエハ又はダイを分離し、その後、ウエハ又はダイを再取り付けることが必要である場合がある。従来の貼り合わせ方法では、このプロセスを十分に満たすことができない。
【0005】
半導体ダイ（ＢＩＣＳ ３Ｄメモリダイ等）がウエハからダイシングされると、基板上に装着し、パッケージ化メモリ装置として使用することができる。ときには、複数のこのような基板及び／又はパッケージ化メモリ装置を一緒に積層することが望ましい場合もある。また、従来の基板を互いに貼り合わせる方法にも、例えば、基板の分離、再加工及び再取り付けができない等の欠点がある。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】本技術の実施形態に係る半導体装置を形成するためのフローチャートである。
【0007】
【図2】本技術の実施形態に係る第１半導体ウエハ、及びその第１半導体ダイの上面図である。
【0008】
【図3】本技術の実施形態に係る第２半導体ウエハ、及びその第２半導体ダイの上面図である。
【0009】
【図4】本技術の代替実施形態に係る第１半導体ウエハ、及びその第１半導体ダイの上面図である。
【0010】
【図5】本技術の代替実施形態に係る第２半導体ウエハ、及びその第２半導体ダイの上面図である。
【0011】
【図6】本技術の実施形態に係る第１半導体ダイのエッジ断面図である。
【0012】
【図7】本技術の実施形態に係る第２半導体ダイのエッジ断面図である。
【0013】
【図8】本技術の実施形態に係る、第２半導体ダイにクランプされるべき第１半導体ダイを含む一体型メモリモジュールのエッジ断面図である。
【0014】
【図9】本技術の実施形態に係る、第２半導体ダイにクランプされた第１半導体ダイを含む一体型メモリモジュールのエッジ断面図である。
【0015】
【図10】本技術の代替実施形態に係る、第２半導体ダイにクランプされるべき第１半導体ダイのエッジ断面図である。
【0016】
【図11】本技術の代替実施形態に係る、第２半導体ダイにクランプされた第１半導体ダイのエッジ断面図である。
【0017】
【図12-15】本技術の代替実施形態に係る、リザーバを含む第１及び第２半導体ダイのエッジ断面図である。
【0018】
【0019】
【図18】本技術の実施形態に係るいくつかの積層一体型メモリモジュールを含む半導体装置の例である。
【0020】
【図19】本技術の実施形態に係る、プリント回路基板等のような電子部品にクランプされるべき半導体装置のエッジ図である。
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【図26】本技術の実施形態に係る、プリント回路基板等のような電子部品に半導体装置をクランプするためのリザーバの拡大エッジ断面図である。
【0025】
【図27】本技術の実施形態に係る、プリント回路基板等のような電子部品に半導体装置をクランプする準備のために互いに隣接するように位置決めされたリザーバの拡大エッジ断面図である。
【0026】
【図28】本技術の実施形態に係る、プリント回路基板等のような電子部品に半導体装置をクランプしているリザーバの拡大エッジ断面図である。
【0027】
【図29-31】本技術の実施形態に係る、リザーバ内で使用するためのアンカーの断面図及び上面図である。
【0028】
【図32】本技術の代替実施形態に係る、プリント回路基板等のような電子部品に半導体装置をクランプするためのリザーバの拡大エッジ断面図である。
【0029】
【図33】本技術の代替実施形態に係る、プリント回路基板等のような電子部品に半導体装置をクランプしているリザーバの拡大エッジ断面図である。
【0030】
【図34】本技術の代替実施形態に係る、３つの分離装置を一緒にクランプするためのリザーバの拡大エッジ断面図である。
【0031】
【図35】本技術の代替実施形態に係る、３つの分離装置を一緒にクランプしているリザーバの拡大エッジ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
ここで、実施形態においてクランプ型半導体ウエハ及びクランプ型半導体装置、及びその形成方法に関連する図面を参照しながら、本技術を説明する。本技術の一態様において、２つ以上の半導体ウエハは、隣接ウエハ上の対応する位置でリザーバを形成することによって、一緒にクランプされ得る。クランプされるべきウエハの一方又は両方上のリザーバは、ペースト又は液体としての、後続で冷却及び固化する流動性金属で充填され得る。その後、ウエハは、連結して加熱することによって、一緒にクランプされ得る。加熱された金属は、リフローして隣接ウエハ間の界面を通過する。ウエハが再度冷却されると、金属は固化してウエハを一緒にクランプする。
【0033】
ウエハを連結することに加えて、金属の冷却時の収縮により、緊密な接続が確保され、ウエハの一方又は両方の互いの反りが防止される。実施形態において、一方のウエハにメモリアレイ構造を形成し、他方のウエハにＣＭＯＳ論理回路を形成して一体型メモリモジュールのウエハを形成してもよい。しかし、他のタイプの半導体ウエハを一緒に連結してもよい。
【0034】
本技術の第２態様において、２つ以上の半導体装置は一緒にクランプされ得る。リザーバ又は開口は、１対の半導体装置の基板上の対応する位置に形成され得る。連結されるべき一方又は両方の半導体装置の基板におけるリザーバ／開口は、ペースト又は液体としての後続で冷却し固化する流動性金属で充填され得る。その後、半導体装置は、連結して加熱することによって、一緒にクランプされ得る。加熱された金属は、リフローして隣接半導体装置間の界面を通過する。半導体装置が再度冷却されると、金属は固化して装置を一緒にクランプする。連結されたウエハと同様に、冷却中の金属は収縮して半導体装置間の緊密な接続を確保する。
【0035】
本発明は、多数の異なる形態で具体化でき、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈すべきではないことが理解される。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的で完全になり、本発明が当業者に十分に伝わるように、提供される。実際に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定されるように本発明の範囲及び精神内に含まれるこれらの実施形態の代替、修飾及び均等物を包含することを意図する。更に、以下の本発明の詳細な説明において、本発明を徹底的に理解させるために、多くの具体的な詳細が記載される。しかし、本発明はこうした具体的な詳細無しでも実施できることは、当業者にとって自明であろう。
【0036】
用語「頂部」と「底部」、「上部」と「下部」、及び「垂直」と「水平」及びそれらの形態は、本明細書で使用され得るように、例示及び図示のみを目的としており、参照項目の位置及び向きが交換できるため、技術の説明を限定することが意図されない。また、本明細書で使用されるように、用語「実質的」及び／又は「約」は、指定された寸法又はパラメータが所与の用途に対して許容可能な製造公差内で変動し得ることを意味する。１つの実施形態において、許容可能な製造公差は、所与の寸法±１．５ｍｍであり、あるいは、±２．５％である。
【0037】
本開示の目的のために、接続は、直接接続又は間接接続（例えば、１つ又は複数の他の部分を介した）であってもよい。いくつかのケースでは、第１要素が第２要素に接続、貼合、装着又は結合されると記載されると、第１及び第２要素は、互いに直接接続、貼合、装着又は結合されてもよいし、互いに間接的に接続、貼合、装着又は結合されてもよい。第１要素が第２要素に直接接続、貼合、装着又は結合されると記載される場合、第１と第２要素の間に介在要素がない（第１及び第２要素の接続、貼合、装着又は結合に使用される可能性のある接着剤又は溶融金属を除く）。
【0038】
ここで図１のフローチャート及び図２～１８の視図を参照しながら本技術の第１実施形態を説明する。ステップ２００で、第１半導体ウエハ１００を、図２に示すように、多数の第１半導体ダイ１０２に加工してもよい。第１半導体ウエハ１００は、チョクラルスキー（ＣＺ）又はフローティングゾーン（ＦＺ）プロセスに従って成長させた単結晶シリコンであり得るウエハ材料のインゴットとして開始され得る。しかし、第１ウエハ１００は、更なる実施形態において他の材料から、他のプロセスによって形成され得る。
【0039】
半導体ウエハ１００は、インゴットから切り離され、第１主平面１０３、及び面１０３に対向する第２主平面１０４（図６）の両方とも研磨されて、滑らかな表面を提供してもよい。第１主面１０３は、ウエハ１００を各第１半導体ダイ１０２に分割し、及び第１主面１０３上及び／又は内に各第１半導体ダイ１０２の集積回路を形成するために、様々な処理ステップを経てもよい。
【0040】
一例において、第１半導体ダイ１０２は、図６のエッジ断面図に示すように、層１２４及び１２６を含む誘電体基板内に形成された集積回路メモリセルアレイ１２２を含むようにそれぞれ加工されてもよい。実施形態において、メモリセルアレイ１２２は、層状に形成されたメモリセルのストリングを有する３Ｄ積層メモリ構造として形成されてもよい。しかし、第１半導体ダイ１０２は、３Ｄ積層メモリ構造以外の集積回路を含むように加工されてもよいことが理解される。パッシベーション層１２８は、上部誘電体膜層１２６の頂部に形成されてもよい。
【0041】
メモリセルアレイ１２２の形成後、ステップ２０４で第１半導体ダイ１０２内に内部電気接続を形成してもよい。内部電気接続は、誘電体膜１２６の層を通過して順次形成された複数層の金属相互接続部１３０及びビア１３１を含んでもよい。当分野で既知のように、金属相互接続部１３０、ビア１３１及び誘電体膜層１２６は、フォトリソグラフィー及び薄膜堆積プロセスを使用して一度に１層ずつ形成されてもよい。フォトリソグラフィープロセスは、例えばパターン規定、プラズマ、化学若しくは乾式エッチング及び研磨を含んでもよい。薄膜堆積プロセスは、例えば、スパッタリング及び／又は化学蒸着を含んでもよい。金属相互接続部１３０は、当分野で既知のように、例えば、銅合金を含む様々な導電性金属から形成されてもよく、ビア１３１は、当分野で既知のように、例えば、タングステン及び銅合金を含む様々な導電性金属でライニング及び／又は充填されてもよい。誘電体層１２４、１２６は、二酸化ケイ素から形成されてもよい。
【0042】
ステップ２０８で、ボンドパッドを第１半導体ダイ１０２の主平面１０３上に形成してもよい。図２及び６に示すように、これらのボンドパッドは、単一行のボンドパッド１０６及び複数行のフリップチップボンドパッド１０８を含んでもよい。以下に説明するように、フリップチップボンドパッド１０８は、第２半導体ダイ１１２の表面上のボンドパッド１１８の同様のパターンにフリップチップ接合するために設けられる。以下にまた説明するように、ボンドパッド１０６は、１対の半導体ダイ１０２、１１２とホスト装置の間で信号を伝達するために設けられる。
【0043】
図２は、ウエハ１００上の半導体ダイ１０２、及び半導体ダイ１０２の一方上の格子パターンのボンドパッド１０６、１０８を示す。図２のウエハ１００上に示す第１半導体ダイ１０２の数は、図示のためのものであり、ウエハ１００は、更なる実施形態において図示より多くの第１半導体ダイ１０２を含んでもよい。同様に、第１半導体ダイ１０２上の、ボンドパッド１０６、１０８のパターン及びボンドパッド１０６、１０８の数も、図示の目的で示されている。第１ダイ１０２の各々は、更なる実施形態において図示より多くのボンドパッド１０６、１０８を含んでもよく、ボンドパッド１０６、１０８の他の様々なパターンを含んでもよい。
【0044】
例えば図２及び６に示す本技術の態様によれば、ステップ２０８でリザーバ１０５もウエハ１００内で形成及び充填され得る。これらのリザーバは、第１主平面１０３を通過して誘電体層１２６内に形成されてもよい。実施形態において、リザーバ１０５は、集積回路メモリアレイ層内に延在しないが、更なる実施形態においてリザーバはそのように延在してもよい。一例において、各リザーバは、面１０３でより広いベース部及びより狭いネック部を有するほぼ「Ｔ」字形に形成されてもよい。しかし、以下に説明するように、リザーバ１０５は、異なる実施形態において異なる形状及び構成を有してもよい。
【0045】
これらのリザーバは、形成されると、流動性金属で充填してもよい。図６は、理解の便宜上、１つの未充填のリザーバ１０５及び充填された残りのリザーバを示しているが、ウエハ１００内のリザーバ１０５のいずれも充填されてもよい。本明細書で使用されるように、流動性金属は、加熱又は通電によって金属が流動できる液体状態にすることができるものであって、冷却又は非通電によって金属が固体で構造的に硬い固体状態にすることができるものである。流動性金属は、展性のある中間ペースト様状態を有し得る。更なる実施形態において、流動性金属は、液体状態と固体状態の間で複数回変換できるものである。一例において、流動性金属は、銅、又は、鉛、錫及び／若しくはインジウムのような金属を含む半田混合物であり得るが、他の軟質金属を使用してもよい。一般に、流動性金属に選択される金属は、ウエハ１００内の金属相互接続部１３０、ビア１３１、ボンドパッド１０６、１０８及び他の部品の融点より低い融点を有するものである。
【0046】
金属相互接続部１３０及びビア１３１と同様に、リザーバ１０５は、フォトリソグラフィー及び薄膜堆積プロセスを使用して一度に１つずつ形成されてもよい。よって、リザーバ１０５のより広いベース部分は最初に形成されてもよく、リザーバ１０５のより狭い表面部分は、次に形成されてもよい。フォトリソグラフィープロセスは、例えば、パターン規定、プラズマ、化学若しくは乾式エッチング及び研磨を含んでもよい。
【0047】
リザーバ１０５は、形成されると、例えば、タングステン又は銅合金のようなめっき材料でめっきしてもよい。リザーバ１０５をめっきするための薄膜堆積プロセスは、例えば、スパッタリング及び／又は化学蒸着を含んでもよい。リザーバ１０５のめっきは、更なる実施形態において省略してもよい。リザーバ１０５の形成及びめっきは、金属相互接続部１３０及びビア１３１の形成と並行して行ってもよいが、これらのプロセスは更なる実施形態において別々に行ってもよい。
【0048】
リザーバ１０５は、形成及びめっき（適用できる場合）されると、流動性金属で充填してもよい。流動性金属は、例えば化学蒸着及び原子層堆積を含む様々な堆積プロセスを使用して堆積してもよい。他の堆積プロセスは可能である。堆積プロセスによってリザーバ全体を充填する代わりに、堆積プロセスは、リザーバ１０５内に流動性金属の層を形成するために使用してもよく、その後、リザーバの残り部分は、流動性金属をリザーバ内にめっきするめっきプロセスを使用して充填してもよい。
【0049】
更なる実施形態において、上記のプロセスのかわりに又はそれに加えて、リザーバ１０５は、圧力により流動性金属をリザーバ内に押し込むことよって流動性金属で充填してもよい。この例において、流動性金属は、液体と固体状態の間の液体又はペーストとして塗布されてもよい。そして、かかる流動性金属は、例えばスクリーン又はステンシル印刷技法を使用してリザーバ１０５内に押し込んでもよい。更なる例において、流動性金属は、加圧気体形態でリザーバ内に押し込んでもよく、そして、ウエハを加熱して該気体を純粋な流動性金属に分離してもよい。その後、リザーバから主面１０３上に漏れたいかなる金属も、研磨又はエッチングによって除去できる。図は流動性金属で完全に充填されたリザーバ１０５を示しているが、以下に説明するように、流動性金属のない空隙は、リザーバの機能に影響することなくリザーバ１０５内に存在し得る。
【0050】
例において、流動性金属のごく一部は、主平面１０３上でリザーバから突出してもよい。以下に説明するように、本明細書でクラウンと呼ばれる流動性金属の該ごく一部は、第１ウエハ１００内のリザーバ１０５を第２ウエハ内の対応するリザーバに位置合わせするために使用される。
【0051】
例えば図２から見られるように、リザーバ１０５は、ウエハ１００上の各半導体ダイ１０２を囲んでもよく、いくつかのリザーバ１０５はまた、各半導体ダイ１０２のフットプリント内に形成しされもよい。例えば図６に示すように、リザーバ１０５がダイ１０２のフットプリント内に形成される場合、それらは、金属相互接続部１３０、ビア１３１及び／又はボンドパッド１０６、１０８の位置と干渉しない、誘電体層１２６における位置で形成されてもよい。
【0052】
以下に説明するように、ウエハ１００上にダイ１０２を製造した後、ウエハは、例えばステルスレーザーダイシングによってダイシングされてもよい。かかるダイシング技法は、ダイシング後に各ダイ１０２を囲むリザーバ１０５を残すことができる。特に、メモリアレイ１２２は、ダイ１０２のアクティブ領域内に形成されてもよい。以下に説明するウエハからダイシングされると、ダイのアクティブ領域を囲む境界が形成され得る。リザーバ１０５は、この境界に形成されてもよい。しかし、更なる実施形態において、半導体ダイ１０２を囲む少なくともいくつかのリザーバ１０５は、ウエハ１００がダイシングされる場合に除去されてもよい。このような実施形態において、半導体ダイのフットプリント内のリザーバ１０５は残る。
【0053】
更なる実施形態において、リザーバ１０５は、ウエハ１００内の半導体ダイ間のカーフ幅でのみ形成されてもよい。このような実施形態は図４に示す。この実施形態は、例えばリザーバがダイシング後に半導体ダイ１０２の周囲に残る場合に使用され得る。この実施形態は、例えばウエハが、例えばデータセンターにおけるソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）のような、ダイシングを経ていない全体としてのメモリ装置として使用される場合にも、使用され得る。
【0054】
しかし、図２、４及び６に示すリザーバ１０５のパターン及び数は単に例として示されていることが理解される。ウエハ１００は、ダイ１０２の内側及び外側又は単にダイ１０２の外側に、他の数のリザーバ及び他のパターンのリザーバを有してもよい。
【0055】
ウエハ１００上の第１半導体ダイ１０２及びリザーバ１０５の形成前、後又はそれと並行して、ステップ２１０～２１８で第２半導体ウエハ１１０を、図３に示すように、多数の第２半導体ダイ１１２及びリザーバ１１５を含むように加工してもよい。半導体ウエハ１１０は、ＣＺ、ＦＺ又は他のプロセスに従って成長させた単結晶シリコンのインゴットとして開始されてもよい。第２半導体ウエハ１１０は、切断され、第１主面１１３、及び面１１３に対向する第２主面１１４（図７）の両方とも研磨されて、滑らかな表面を提供してもよい。第１主面１１３は、第２ウエハ１１０をそれぞれの第２半導体ダイ１１２に分割し、及び第１主面１１３上及び／又は内にそれぞれの第２半導体ダイ１１２の集積回路を形成するために、様々な加工ステップを経てもよい。
【0056】
１つの実施形態において、第２半導体ダイ１１２は、図７のエッジ断面図に示すように、層１３４及び１３６を含む誘電体基板内に形成された集積回路１３２を含むように加工されてもよい。集積回路１３２は、１つ又は複数の一体型メモリセルアレイへの読取り／書込み操作を制御する論理回路として構成されてもよい。論理回路は、ＣＭＯＳ技術を使用して製造できるが、更なる実施形態において論理回路は、他の技術を使用して製造されてもよい。第２半導体ダイ１１２は、更なる実施形態において他の及び／又は追加の集積回路を含んでもよい。パッシベーション層１３８は、上部誘電体膜層１３６の頂部に形成されてもよい。
【0057】
集積回路１３２の形成後、ステップ２１４で内部電気接続を、第２半導体ダイ１１２内に形成してもよい。内部電気接続は、誘電体膜１３６の層を通過して順次形成された複数層の金属相互接続部１４０及びビア１４２を含んでもよい。金属相互接続部１４０及びビア１４２は、（パターンが異なるが）上述した相互接続部１３０及びビア１３１と同じ材料から、同様のプロセスによって形成されてもよい。
【0058】
ステップ２１８で、ボンドパッドを、第２半導体ダイ１１２の主平面１１３上に形成してもよい。図３及び７に示すように、これらのボンドパッドは、フリップチップボンドパッド１１８を含んでもよい。ボンドパッド１１８は、パターン、サイズ、ピッチ及び数がボンドパッド１０８に一致してもよい。ボンドパッド１１８は、上述した第１半導体ダイ１０２上のボンドパッド１０８と同じ材料から、同じ方式で形成されてもよい。第２半導体ダイ１１２の集積回路１３２は、金属相互接続部１４０及びビア１４２によってボンドパッド１１８に電気的に接続されてもよい。
【0059】
図３は、ウエハ１１０上の第２半導体ダイ１１２、及び第２半導体ダイ１１２の１つ上のボンドパッド１１８の格子パターンを示す。図３のウエハ１１０上に示す第２半導体ダイ１１２の数は、図示の目的のものであり、ウエハ１１０は、更なる実施形態において図示より多くの第２半導体ダイ１１２を含んでもよい。同様に、第２半導体ダイ１１２上の、ボンドパッド１１８のパターン及びボンドパッド１１８の数も、図示の目的で示されている。各第２ダイ１１２は、更なる実施形態において図示より多くのボンドパッド１１８を含んでもよく、第１ダイ１０２上のボンドパッド１０８のパターンに一致するボンドパッド１１８の様々な他のパターンを含んでもよい。
【0060】
例えば図３及び７に示す本技術の態様によれば、ステップ２１８でリザーバ１１５もウエハ１１０内に形成され得る。これらのリザーバは、第１主平面１１３を通過して誘電体層１３６内に形成されてもよい。実施形態において、リザーバ１１５は、ＣＭＯＳ回路を含む層内に延在しないが、更なる実施形態においてそのように延在してもよい。
【0061】
リザーバ１０５及び１１５の位置は、ウエハの一方が反転されて他方の上に位置する場合、リザーバ１０５及び１１５の位置が互いに合っているように、対応する位置にマッピングされてもよい。上記のように、リザーバ１１５の位置は、単に例として示されており、更なる実施形態において変動し得る。図３及び７に示す実施形態において、リザーバは、ダイ１１２の外周及びダイ１１２のフットプリント内に設けられる。図５の代替実施形態において、リザーバは、ダイ１１２の外周にのみ設けられ、ダイ１１２のフットプリント内には設けられていない。
【0062】
一例において、リザーバ１１５は、リザーバ１０５と同じ形状、例えば、ベースがより広く表面１１３がより狭いほぼ「Ｔ」字形を有してもよい。リザーバ１１５は、更なる実施形態においてリザーバ１０５と同じ又は異なる様々な形状を有してもよい。リザーバ１１５は、リザーバ１０５について上述した同じ方式で形成されてもよい。図７及び８に示す実施形態において、リザーバ１１５は、充填されていない。リザーバ１１５は、めっきされてもなくてもよい。
【0063】
第１及び第２半導体ウエハ１００、１１０の製造が完了すると、ステップ２２０で第１及び第２半導体ウエハを互いに貼り合わせてもよい。本技術の態様によれば、これは、リザーバ１０５及び１１５を使用してウエハ１００及び１１０をクランプすることによって実現される。本明細書で使用されるように、クランプとは、部品の隣接リザーバ内の流動性金属による部品のステープリング、連結、接合、アンカリング、ステッチング又は貼合を指す。
【0064】
上述した実施形態において、流動性金属はリザーバ１０５を充填する。流動性金属がリザーバ１０５に塗布される場合、流動性液体は、冷却によって固化するか、又は固体に硬化し得る。流動性金属がペーストとして塗布される場合、それも、冷却、乾燥によって固化するか、又は固体に硬化し得る。リザーバ１０５内の固化した状態の流動性金属により、ウエハ１００は、そのまま輸送及び／又は保管し、その後第２ウエハ１１０と貼り合わせることができる。この例において、流動性液体は、第２ウエハ１１０と一緒にされた第１ウエハ１００内で固化し、次に、流動性液体は、再度流動性形態に変換され、リザーバ１０５からリザーバ１１５に流入する。その後、流動性金属は再度固化する。更なる例において、流動性金属は、リザーバ１０５内に注ぎ込まれ、ウエハ１００及び１１０は一緒にされ、流動性金属はリザーバ１０５からリザーバ１１５内に流入し、流動性金属は固化する。かかる例において、流動性金属は、ウエハ１００及び１１０が一緒にクランプされる時に初めて固化してもよい。
【0065】
流動性金属が最初に液体である場合、それを冷却によって固化させるか又は硬化させ、液体に戻るように加熱してウエハを連結又は分離し、次に固体に戻るように固化させてもよい。流動性金属の液体と固体の間でのこの変換は、複数回発生してもよい。流動性金属が最初にペーストである場合、それを冷却、乾燥によって固化させるか又は硬化させてもよい。その後、固化した材料は、例えば流動性金属を加熱して、最初のペーストの作製を補助した溶媒を蒸発させることによって、液体金属に変換させてもよい。その後、流動性金属の液体と固体の間での変換は複数回発生してもよい。
【0066】
ウエハ１００及び１１０を一緒にクランプするために、ウエハの一方、例えばウエハ１００を反転してウエハ１１０の頂部に位置させてもよく、それによって、図８に示すように、主面１０３及び１１３は互いに隣接し、リザーバ１０５及び１１５は互いに位置合わせされるようになる。リザーバ１０５内の流動性金属中のクラウンは、リザーバ１０５をリザーバ１１５に位置合わせすることを助ける。図８に示すように、半導体ダイ１１２のサイズは、半導体ダイ１０２のサイズより僅かに小さくてもよく、それによって、ダイ１０２上のボンドパッド１０６は覆われないままになる。しかし、リザーバ１０５及び１１５のパターンは、ウエハ１００及び１１０の各々において同じであってもよい。
【0067】
ウエハ１００、１１０が図８に示すように互いに隣接するように位置決めされると、ウエハを加熱してリザーバ１０５内の流動性金属の状態を固体又はペーストから液体に変更してもよい。この時点で、流動性金属は、図９に示すように、リザーバ１０５からリザーバ１１５に流入する。流動性液体は、毛細管作用及び／又は重力によりリザーバ１１５内に流入してもよい。流動性金属がリザーバ１１５に流入していると、ウエハを冷却させてもよく、１対のリザーバ１０５、１１５内の流動性金属が固化する。この時点で、各対の隣接するリザーバ内の固化した金属は、ウエハ１００、１１０を一緒にクランプするクランプ部材を形成する。
【0068】
図９に示す流動及び固化した金属の配置は、単に例として示されており、更なる例において異なっていてもよい。しかし、一般に、流動及び固化した金属は、リザーバ１０５の拡大したベース部分に残る一部があり、リザーバ１１５の拡大したベース内に入っている一部があり、リザーバ１０５、１１５のより狭い表面部分に残る一部もある。よって、リザーバ１０５、１１５内の固化した金属は、リザーバの非垂直面に当たってウエハ１００、１１０及び半導体ダイ１０２、１１２を一緒に堅牢にクランプする。また、流動した金属は冷却につれて収縮する。これにより、ウエハ１００と１１０の間の界面での強いクランプ力が確保される。この強いクランプ力により、ウエハ及びダイは一緒に緊密に保持され、従来の貼り合わせ技法において発生し得るウエハ及び／又はダイの互いの反りは防止される。
【0069】
上述した実施形態において、ウエハ１００内のリザーバ１０５が、ウエハ１１０内の空のリザーバ１１５内に流入する流動性金属を有する。更なる実施形態において、これは逆にしてもよく、それによってウエハ１１０内のリザーバ１１５が、ウエハ１００内の空のリザーバ１０５内に流入する流動性金属を有するようになる。
【0070】
図１０及び１１は、本技術の代替実施形態に係るリザーバを含むウエハ１００及び１１０からのダイ１０２及び１１２の概略視図である。特に、この実施形態において、リザーバ１１５も、リザーバ１０５内で使用される流動性金属で少なくとも部分的に充填され得る。流動性金属は、流動性金属をリザーバ１０５に添加するための上記方法のいずれかによってリザーバ１１５内に添加され得る。この実施形態において、流動性金属は、ウエハ１００及び１１０内のリザーバ１０５及び１１５内に入れられてもよく、そして、流動性金属は、ウエハ１００、１１０の輸送又は保管を可能にするように固化させてもよい。その後、ウエハ１００、１１０は、一緒にされてもよく、流動性金属が液体に戻り、ウエハが連結される。更なる例において、流動性金属は、リザーバ１０５及び１１５内に注ぎ込まれ、ウエハ１００及び１１０は一緒にされ、流動性金属はリザーバ１０５とリザーバ１１５の間で混合され、流動性金属は固化する。かかる例において、流動性金属は、ウエハ１００及び１１０が一緒にクランプされた時に初めて固化してもよい。
【0071】
上記で指摘した通り、リザーバ１０５内の流動性金属は、クラウンを有し得る。したがって、図１０に示すように、リザーバ１１５内の流動性金属は、流動性金属が溢れることなくリザーバを一緒にすることができるように、リザーバ全体を充填しなくてもよい。クラウンが省略される実施形態において、リザーバ１１５は、完全に充填されてもなくてもよい。
【0072】
ウエハ１００、１１０が図１１に示すように互いに隣接して位置決めされると、ウエハを加熱してリザーバ１０５、１１５内の流動性金属の状態を固体又はペーストから液体に変更してもよい。この時点で、リザーバ１０５及び１１５からの流動性金属は混合される。リザーバ１０５、１１５内の流動性金属が混合されていると、ウエハを冷却させてもよく、流動性金属は固化してリザーバ１０５、１１５でウエハ１００、１１０を一緒に連結する。上記で指摘した通り、冷却中の金属は収縮してウエハ１００、１１０及びダイ１０２、１１２間の緊密な界面を確保してウエハ及び／又はダイの互いの任意の反りを防止する。
【0073】
指摘したように、図６～１１に示すリザーバ１０５、１１５の形状は、単に一例に過ぎず、リザーバは、更なる実施形態において様々な他の形状を有してもよい。このような更なる実施形態は、図１２～１５中のウエハ１００、１１０からのダイ１０２、１１２の概略視図に示す。これらの実施形態において、リザーバ１０５及び１１５は併せてほぼ三叉形の開口を形成し、ウエハ１００、１１０を連結し加熱すると、各リザーバ内の流動性金属は、ウエハ１００と１１０の間を延在しそれらを連結する複数のフィンガーを有するクランプを形成する。図１２～１３の実施形態は、上述したようなほぼ「Ｔ」字形の中央部分、及び上に延在してリザーバ１０５、１１５の一方内の該中央部分に向かって内側に曲がる左と右フィンガーを含む。図１４～１５の実施形態は、上述したようなほぼ「Ｔ」字形であり得る中央部分、及び上に延在してクロスバーに入って同様にほぼ「Ｔ」字形のリザーバ部分を形成する左と右フィンガーを含む。
【0074】
上述した構成の各々において、リザーバは、ウエハ１００、１１０の主面１０３及び１１３に平行な表面部品を有する誘電体層１２６及び１３６内に埋め込まれた内側部を含む。流動性金属が各ウエハ１００、１１０内のこれらの表面部品に対して固化すると、これらの表面は、主面１０３、１１３に垂直なクランプ部材に力を及ぼしてウエハ及び／又はダイの分離を防止する。
【0075】
リザーバを互いに位置合わせすることに加えて、１組のリザーバ内の流動性金属上のクラウンにより、ダイ１０２上のダイボンドパッド１０８がダイ１１２上のダイボンドパッド１１８に位置合わせされるように確保される。実施形態において、ダイボンドパッド１０８及び１１８は、例えばＣｕ－Ｃｕ接合によって互いに接合されてもよいが、かかる接合は更なる実施形態において省略されてもよい。
【0076】
ウエハが一緒に連結されると、ウエハを、例えばステップ２２２のステルスレーザーダイシングプロセスでダイシングしてもよい。かかる実施形態において、第１のウエハ（例えばウエハ１１０）がチャック上で支持されている状態で、レーザーエネルギーをウエハ１００の第１と第２主面１０３、１０４の間の点に集中させて、レーザーパルスを他のウエハ（この例におけるウエハ１００）に印加してもよい。そして、バックグラインドステップ２２４でウエハ１００を薄くしてウエハ１００を最終の厚さにすることができる。バックグラインドステップ前又は最中に、レーザーポイントによって画定された線に沿ってクラックが発生し、結晶面に沿って表面１０３、１０４に向かって伝播してダイ１０２をウエハ１００から分離させる。ステップ２２６でダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）の層をウエハ１００の第２主面１０４に塗布してもよい。
【0077】
次に、１対のウエハを、ウエハ１００のＤＡＦ層がチャック上で支持されている状態で反転してもよく、ステルスレーザーダイシングプロセス及びバックグラインドプロセスを、ウエハ１１０に実施してダイ１１２をダイシングしてもよい。ウエハ１００及び１１０は、更なる実施形態においてステルスレーザーダイシング以外の技術でダイシングしてもよい。半導体ダイ１０２及び１１２の各ウエハ上での位置は、ウエハ１００がダイシングされる垂直線及び水平線が、ウエハ１１０がダイシングされる垂直線及び水平線と同じ位置に対応するように、マッピングされてもよい。
【0078】
指摘したように、実施形態において、ダイ１０２はメモリアレイを含み得、ダイ１１２はＣＭＯＳ論理回路を含み得る。かかる実施形態において、接合された各対のダイ１０２及び１１２は、単一の完全一体型フラッシュメモリ、例えばＢｉＣＳフラッシュメモリとして機能する一体型メモリモジュール１２０を形成し得る。一体型メモリモジュール１２０の例は上述した図８、及び図１６と１７のエッジ視図と斜視図に示す。図示のように、ボンドパッド１０６は、結合されると、一体型メモリモジュール１２０をホスト装置又は他の部品に接続できるように、露出したままとなり得る。その後、一体型メモリモジュール１２０は、複数の一体型メモリモジュール１２０を含み得る半導体装置としてパッケージ化してもよい。
【0079】
様々なパッケージング構成が既知であるが、図１８は、パッケージ化半導体装置１５０のかかる例の１つを示す。図１８は、ボンドワイヤ１５４が各モジュール１２０上の露出したダイボンドパッド１０６に貼り合わせられ得るように、基板１５２上で互いにオフセット積層された多数の一体型メモリモジュール１２０を示す。装置１５０は、成形コンパウンド１５６内に封入してもよく、任意に半導体装置１５０をプリント回路基板（ＰＣＢ）等のホスト装置に装着するための半田ボール１５８を含んでもよい。
【0080】
半導体装置１５０に組み込む前又は後に、一体型メモリモジュール１２０をそのそれぞれのダイ１０２、１１２に分解する必要がある場合がある。本技術は、半導体ダイ１０２、１１２を加熱してクランプ部材の金属を軟化させ、それによりダイを互いに分離させることができるのを特徴とする。これらの同じダイは、その後、上述したように、リザーバ１０５、１１５内の流動性金属を使用して再度互いに貼り合わせられ得る。
【0081】
図１～１８を参照して説明した本技術の実施形態において、流動性金属は、ウエハ及び／又はダイを一緒に貼り合わせるために、半導体ウエハ及び／又はダイ上のリザーバに含まれてもよい。本技術の更なる実施形態において、リザーバ又は他の開口は、それらの装置を一緒に連結するために、信号搬送媒体を含む半導体装置の基板内に形成されてもよい。かかる実施形態は以下に図１９～３０を参照しながら説明する。
【0082】
まず図１９を参照し、例えば基板であり得る信号搬送媒体１６４に装着された半導体ダイ１６２を含む半導体パッケージの形態での半導体装置１６０が示される。半導体装置１６０は、異なるタイプ及び数の半導体ダイ、及びパッケージ化半導体装置内に含まれると知られている他の受動及び能動部品を含み得ることが理解される。半導体装置１６０は、例えばＰＣＢのような信号搬送媒体の形態での第２半導体装置１７０に連結される。しかし、半導体装置１７０は、信号搬送媒体上に装着された半導体ダイ及び他の受動と能動部品を含む、装置１６０と同様の装置であってもよい。本明細書で使用されるように、ＰＣＢ自体が半導体ダイを含み得るか否かにも関わらず、ＰＣＢは半導体装置の例である。
【0083】
図２０は、半導体装置１６０内で使用される信号搬送媒体１６４の平面図を示す。本明細書で使用される信号搬送媒体は、１つ又は複数の誘電体コアを挟む１つ、２つ又はそれ以上の導電層を含む。本明細書で使用される信号搬送媒体は、その上に装着された半導体ダイとホスト装置の間で信号を転送する。本明細書で使用される信号搬送媒体は、本明細書で使用される半導体ダイではない。
【0084】
以下に単に基板１６４とも呼ばれる信号搬送媒体１６４は、コンタクトパッド１６５、トレース１６６及びビア１６８を含む。トレース１６６及びビア１６８は、コンタクトパッド１６５へ及びそこから信号を転送するために使用され得る。コンタクトパッド１６５、トレース１６６及びビア１６８の具体的なパターンは単に例として示されており、更なる実施形態において変動し得る。基板１６４の対向面（図示せず）は同様に、コンタクトパッド１６５、トレース１６６及びビア１６８のパターンを含んでもよい。
【0085】
本技術の態様によれば、基板１６４は、流動性金属を受け入れて基板１６４を以下に示す電子部品１７０に連結するための多数のリザーバ１７２を更に含んでもよい。図２０は、基板１６４の隅における４つのこのようなリザーバ１７２を示す。しかし、基板１６４は、更なる実施形態において、他の位置により多い又はより少ないリザーバを含み得る。実施形態において、リザーバ１７２の位置は、コンタクトパッド１６５、トレース１６６又はビア１６８のレイアウトと重ならない又は干渉しないように設けてもよい。
【0086】
図２１は、以下に記載の実施形態においてＰＣＢ等の信号搬送媒体であり得る電子部品１７０の平面図を示す。単にＰＣＢ１７０とも呼ばれる電子部品１７０は、コンタクトパッド１７４、トレース１７６及びビア１７８を含む。トレース１７６及びビア１７８は、コンタクトパッド１７４へ及びそこから信号を転送するために使用され得る。コンタクトパッド１７４、トレース１７６及びビア１７８の具体的なパターンは、単に例として示されており、更なる実施形態において変動し得る。ＰＣＢ１７０の対向面（図示せず）は同様に、コンタクトパッド１７４、トレース１７６及びビア１７８のパターンを含んでもよい。
【0087】
本技術の態様によれば、ＰＣＢ１７０は、流動性金属を受け入れてＰＣＢ１７０を以下に記載の半導体装置１６０の基板１６４に連結するためのリザーバ１８０を更に含んでもよい。図２１は、ＰＣＢ１７０の隅における４つのこのようなリザーバ１８０を示す。しかし、ＰＣＢ１７０は、更なる実施形態において、他の位置でより多い又はより少ないリザーバを含み得る。ＰＣＢ１７０内のリザーバ１８０の数及び位置は、基板１６４内のリザーバ１７２の数及び位置に一致してもよい。実施形態において、リザーバ１８０の位置は、コンタクトパッド１７４、トレース１７６又はビア１７８のレイアウトと重ならない又は干渉しないように設けてもよい。
【0088】
図２２及び２３は、基板１６４内のリザーバ１７２の２つの可能な構成の拡大断面視図である。これらの例において、リザーバ１７２は、基板１６４の頂面及び底面の両方で開いている。リザーバの上部は、傾斜壁１８４（図２２）、又は方形壁１８６（図２３）によって画定され得る。リザーバ１７２の上部は、他の輪郭を有してもよく、かかる輪郭は、基板１６４（図２０）の主平面に垂直な力を及ぼすことができる非垂直面を含む。リザーバ１７２の下部は、上部より狭くてもよく、垂直壁（例えば、基板１６４の主平面に直交する壁）によって画定され得る。下部の壁は更なる実施形態において垂直である必要がない。
【0089】
図２４及び２５は、ＰＣＢ１７０内のリザーバ１８０の２つの可能な構成の拡大断面視図である。これらの例において、リザーバ１８０は、ＰＣＢ１７０の厚さを部分的に貫通して形成される。図２４において、リザーバ１８０は、ほぼ「Ｔ」字形断面を有する。図２５は、傾斜側壁を有する以外に、同様である。リザーバ１８０の側壁は、他の輪郭を有してもよく、かかる輪郭は、ＰＣＢ１７０（図２１）の主平面に垂直な力を及ぼすことができる非垂直面を含む。リザーバ１７２の下部は、上部より狭くてもよく、垂直壁（例えば、ＰＣＢ１７０の主平面に直交する壁）によって画定され得る。下部の壁は、更なる実施形態において垂直である必要がない。
【0090】
リザーバ１７２、１８０の上部部分及び下部部分は、削孔、焼結、３Ｄ印刷及び他の技法を含む様々な方法によって形成され得る。基板１６４及び／又はＰＣＢ１７０は、基板及びＰＣＢの厚さ全体を貫通して様々な輪郭のリザーバ１７２及び１８０を容易に形成できるように、一度に１層ずつ組み立てられてもよい。実施形態において、リザーバ１７２、１８０の側壁は、層１８８（図２２～２５の灰色の太線で示される）でめっきされてもよいが、更なる実施形態においてめっきは省略してもよい。
【0091】
ここで図２６～２８を参照し、基板１６４をＰＣＢ１７０と連結するために、基板１６４内のリザーバ１７２を流動性金属で充填してもよい。一例において、流動性金属は、図２６に示すスキージ１８５で基板１６４内のリザーバ１７２内に押し込まれるペーストであり得る。かかる実施形態において、流動性金属は、半田をリザーバ１７２内に押し込み可能なペーストとすることができる溶媒と混合された半田であり得る。この同じペーストは、図１～１８の実施形態において使用される流動性金属に使用できる。液体形態の流動性金属は、代替的に、液体金属が固体に固化するまでリザーバ１７２の底部部分が閉鎖されている状態で、リザーバ１７２に注がれてもよい。かかる実施形態において、流動性金属は、溶融するまで加熱され、そして流動し、リザーバ１７２内に注がれ、注入され、又は入れられる半田であり得る。この同じ液体は、図１～１８の実施形態において使用される流動性金属に使用できる。流動性金属は、更に代替的に、本明細書に記載の任意の他の方法でリザーバ１７２に充填されてもよい。
【0092】
上述した実施形態において、流動性金属はリザーバ１７２を充填する。流動性金属がリザーバ１７２内に塗布される場合、流動性液体は、冷却によって固化するか、又は固体に硬化し得る。流動性金属がペーストとして塗布される場合、それも、冷却、乾燥によって固化するか、又は固体に硬化し得る。リザーバ１７２内の流動性金属が固化した状態で、基板１６４はそのまま輸送及び／又は保管し、その後、ＰＣＢ１７０に貼り合わせることができる。この例において、流動性液体は、ＰＣＢ１７０と一緒にされた基板１６４内で固化し、そして、流動性液体は、リザーバ１７２からリザーバ１８０内に流入する流動性形態に再度変換される。その後、流動性金属は再度固化する。更なる例において、流動性金属は、リザーバ１７２内に注ぎ込まれ、基板１６４及びＰＣＢ１７０は一緒にされ、流動性金属はリザーバ１７２からリザーバ１８０内に流入し、流動性金属は固化する。かかる例において、流動性金属は、基板１６４及びＰＣＢ１７０が一緒にクランプされた時に初めて固化してもよい。
【0093】
上述した実施形態のように、流動性金属が最初に液体である場合、それは冷却によって固化するか又は硬化し、液体に戻るように加熱して基板及びＰＣＢを連結又は分離させ、そして固体に戻るように固化することができる。流動性金属の液体と固体の間のこの変換は、複数回発生してもよい。流動性金属が最初にペーストである場合、それは、冷却、乾燥によって固化するか又は硬化することができる。その後、固化した材料は、例えば流動性金属を加熱して、最初のペーストの作製を補助した溶媒を蒸発させることによって、液体金属に変換させてもよい。その後、流動性金属の液体と固体の間の変換は複数回発生してもよい。
【0094】
リザーバが流動性金属で充填された後、基板１６４は、図２７に示すように、リザーバ１７２、１８０が互いに位置合わせされている状態でＰＣＢ１７０の頂部に位置決めされてもよい。前の実施形態のように、流動性金属は、基板１６４とＰＣＢ１７０の位置合わせを補助するために、基板１６４の底部から突出するクラウンを有するように形成されてもよいが、クラウンは、更なる実施形態において省略してもよい。
【0095】
基板１６４及びＰＣＢ１７０が図２７に示すように互いに隣接して位置決めされると、リザーバ１７２内の流動性金属を加熱して、流動性金属の状態を固体又はペーストから液体に変更してもよい。この時点で、流動性金属は、図２８に示すように、リザーバ１７２からリザーバ１８０に流入する。流動性液体は、毛細管作用及び／又は重力によりリザーバ１８０に流入してもよい。流動性金属がリザーバ１８０内に流入していると、流動性金属を冷却させて、基板１６４及びＰＣＢ１７０を一緒に連結する固化クランプ部材を形成してもよい。
【0096】
図２８に示す流動及び固化した金属の配置は、単に例として示されており、更なる例において異なっていてもよい。しかし、一般に、流動及び固化した金属は、リザーバ１７２の拡大部分に残る一部があり、リザーバ１８０の拡大ベース部内に入っている一部があり、リザーバ１７２、１８０のより狭い表面部分に残る一部もある。よって、リザーバ１７２、１８０内の固化した金属は、基板１６４及びＰＣＢ１７０を一緒に堅牢に連結するクランプを形成する。また、流動した金属は冷却につれて収縮する。これにより、基板１６４とＰＣＢ１７０の間の界面での強いクランプ力が確保される。この強いクランプ力により、基板１６４及びＰＣＢ１７０は一緒に緊密に保持され、従来の貼り合わせ技法において発生し得る基板及び／又はＰＣＢの反りが防止される。
【0097】
上述した実施形態において、基板１６４内のリザーバ１７２が、ＰＣＢ１７０内の空のリザーバ１８０内に流入する流動性金属を有する。更なる実施形態において、これは逆にしてもよく、それによってリザーバ１８０が、基板１６４内の空のリザーバ１７２に流入する流動性金属を有するようになる。
【0098】
上述した実施形態において、リザーバ１７２は、基板１６４がＰＣＢ１７０上に位置決めされる前に流動性金属で充填される。更なる実施形態において、基板１６４は、ＰＣＢ１７０上に位置決めされてもよく、そして、液体又はペースト形態の流動性金属は、基板１６４のリザーバ１７２及びＰＣＢ１７０のリザーバ１８０の両方に注がれてもよい。次に、リザーバ内の流動性金属は、冷却して基板及びＰＣＢを一緒に接合し得る。この実施形態において、流動性金属は、リザーバ１７２及び１８０内に入れられてもよく、そして、流動性金属は、固化して基板１６４及び／又はＰＣＢ１７０の輸送又は保管を可能にすることができる。その後、基板１６４及びＰＣＢ１７０は、流動性金属が液体に戻って基板及びＰＣＢが連結されるように、一緒にされてもよい。更なる例において、流動性金属は、リザーバ１７２及び１８０内に注ぎ込まれ、基板１６４及びＰＣＢ１７０は、一緒にされ、流動性金属は、リザーバ１７２とリザーバ１８０の間で混合され、流動性金属は固化する。かかる例において、流動性金属は、基板１６４及びＰＣＢ１７０が一緒にクランプされた時に初めて固化してもよい。
【0099】
実施形態において、リザーバ１７２、１８０内の固化した金属は、基板１６４及びＰＣＢ１７０を一緒に貼り合わせるクランプ部材を形成する。しかし、更なる実施形態において、追加のアンカーを使用して、固化した流動性金属で形成されたクランプ部材の構造的剛性を更に高めてもよい。図２９～３１は、基板１６４内のリザーバ１７２内に嵌合するように構成されたアンカー１９０を示す。アンカー１９０は、アンカーをリザーバ１７２内の所定の箇所に固定するトップキャップ１９２を含んでもよい。流動性金属は、アンカー１９０のクロスバー１９４の周りを流れてもよく、それによって、流動性金属がクロスバーの周りで固化した時、アンカー１９０は、クランプ部材の一部を形成し、クランプ部材の強度を更に高める。同様のアンカーは、ＰＣＢ１７０のリザーバ１８０に適合し得る。
【0100】
図３２及び３３は、本技術の代替実施形態に係るリザーバ１７２、１８０の視図である。特に、この実施形態において、リザーバ１８０も、リザーバ１７２内で使用される流動性金属で少なくとも部分的に充填され得る。流動性金属は、流動性金属をリザーバ１７２に添加する上述の方法のいずれかによってリザーバ１８０内に添加されてもよい。
【0101】
上記で指摘した通り、リザーバ１７２内の流動性金属は、クラウンを有し得る。したがって、リザーバ１８０内の流動性金属は、図３２に示すように、流動性金属が溢れることなくリザーバを一緒にするために、リザーバ全体を充填しなくてもよい。クラウンが省略される実施形態において、リザーバ１８０は、完全に充填されてもなくてもよい。
【0102】
基板１６４及びＰＣＢ１７０が図３３に示すように互いに隣接して位置決めされると、リザーバ１７２、１８０内の流動性金属を加熱して、流動性金属の状態を固体又はペーストから液体に変更してもよい。この時点で、リザーバ１７２及び１８０からの流動性金属は混合される。リザーバ１７２、１８０内の流動性金属が混合されていると、流動性金属を冷却・固化させることで、基板１６４及びＰＣＢ１７０を一緒に連結してもよい。上記で指摘した通り、冷却中の金属は収縮して基板１６４とＰＣＢ１７０の間の緊密な界面を確保して基板１６４及び／又はＰＣＢ１７０の任意の反りを防止する。
【0103】
上述した実施形態において、１対の隣接リザーバ内の流動性金属は、２つの装置を一緒にクランプするために使用され得る。しかし、本技術は、２つより多くの装置を一緒にクランプするために使用できることが理解される。例えば、図３４は、互いに貼り合わせるべき３つの装置を示す。最初の２つは、上記の基板１６４及びＰＣＢ１７０を含む半導体装置１６０であり得る。第３の装置１９６は、例えば装置１６０と同様の別の半導体装置、又はＰＣＢ１７０と同様の別のＰＣＢを含む別の電子部品であり得る。
【0104】
図示のように、貼り合わせるべき各装置内の３つのリザーバ１７２、１８０及び１９８は、装置が積み重ねられる場合に互いに位置合わせされるように、全て装置内に形成されてもよい。この実施形態において、半導体装置１６０内のリザーバ１７２は、上述と同様であり得る。この実施形態において、ＰＣＢ１７０内のリザーバ１８０は、ＰＣＢ１７０全体を貫通して開いている以外は、上述と同様であり得る。この実施形態において、装置１９６内のリザーバ１９８は、リザーバ１７２に対して反転される以外は、上記のリザーバ１７２と同様であり得る。装置は、上述したように、めっき１８８でめっきされてもよいし、又はめっきは省略されてもよい。
【0105】
流動性金属は、装置１６０、１７０及び１９６が互いに位置合わせされる前（又は後）にリザーバ１７２、１８０、１９８のうちの１つ又は複数に挿入されてもよい。上述したように、流動性金属は、ペーストとして、又は液体金属が固化するまでリザーバの底部が密閉されている状態で液体として、塗布されてもよい。３つの装置１６０、１７０及び１９６は、図３５に示すように一緒にされてもよく、液体金属は、混合され及び／又はリザーバ１７２、１８０、１９８の全てに流入して冷却により固化するまで、加熱される。装置１６０、１７０及び１９６の各々内のリザーバ１７２、１８０、１９８は、装置の主面に垂直な力に対抗できる表面を含み、それによって、流動性金属が固化すると、装置１６０、１７０及び１９６を一緒に堅牢に保持することができる。指摘したように、冷却中の金属の収縮は、装置の各々間の緊密な界面を更に提供する。
【0106】
前の実施形態と同様に、装置１６０、１７０及び１９６のうちの２つ以上を一緒に貼り合わせるために使用すれば、本技術は、装置の２つ以上が一緒にクランプされた後に、液体金属を加熱することによって分離できるという利点を有する。その後、装置を、上記のように、リザーバ内の液体金属を使用して互いに再取り付けることができる。
【0107】
要約すると、本技術の例は、半導体ウエハであって、対向する第１と第２主面と、前記第１主面に隣接する誘電体層と、前記誘電体層内に形成された集積回路と、前記第１主面内のボンドパッドであって、前記集積回路に電気的に結合されたボンドパッドと、前記誘電体層内に形成され前記第１主面で開いている１組の１つ又は複数のリザーバであって、流動性金属を受け入れて、前記１組の１つ又は複数のリザーバ内の前記流動性金属が固化する上で前記半導体ウエハを第２半導体ウエハにクランプするように構成された１組の１つ又は複数のリザーバと、を含む、前記半導体ウエハに関する。
【0108】
更なる例において、本技術は、半導体ダイであって、対向する第１と第２主面と、前記第１主面に隣接する誘電体層と、前記誘電体層内に形成された集積回路と、前記第１主面内のボンドパッドであって、前記集積回路に電気的に結合されたボンドパッドと、前記誘電体層内に形成され前記第１主面で開いている１組の１つ又は複数のリザーバであって、流動性金属を受け入れて、前記１組の１つ又は複数のリザーバ内の流動性金属が固化する上で半導体ダイを第２半導体ダイにクランプするように構成された１組の１つ又は複数のリザーバと、を含む、前記半導体ダイに関する。
【0109】
別の例において、本技術は、半導体装置であって、対向する第１と第２主面を含む信号搬送媒体と、前記信号搬送媒体内に形成され前記第１及び第２主面の一方で開いている１組の１つ又は複数のリザーバであって、流動性金属を受け入れて、前記１組の１つ又は複数のリザーバ内の流動性金属が固化する上で前記半導体装置を第２半導体装置にクランプするように構成された１組の１つ又は複数のリザーバと、を含む、前記半導体装置に関する。
【0110】
本発明の以上の詳細な説明は、例示及び説明の目的で提示される。それは、網羅的であること、又は本発明を開示された精確な形態に限定することを意図するものではない。上記の教示に照らして、多くの修飾及び変形が可能である。記載された実施形態は、本発明の原理及びその実際の応用を最良に説明することで、他の当業者が、意図された特定の用途に適した様々な修飾を伴い、様々な実施形態において本発明を最良に利用できるようにするために、選択されたものである。本発明の範囲はその添付の特許請求の範囲に規定されるよう意図される。
【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】
【図33】
【図34】
【図35】
【国際調査報告】