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JP2014123722A

3d ic method and device

Abstract

Problem to be solved.To provide a three-dimensional integrated circuit device using direct wafer bonding and a method for manufacturing the same. One or both of a die 14 or a wafer 10 has a semiconductor device formed therein. The first element having the first contact structure is adhered to the second element having the second contact structure. The first and second contact structures can be exposed during bonding and are electrically connected as a result of bonding. After bonding, the vias are etched and embedded to expose and form the electrical wiring to connect the first and second contact structures and to allow electrical access to the electrical wiring from the surface. Alternatively, the first and second contact structures are not exposed during bonding and the vias are etched and embedded after bonding to electrically connect and connect the first and second contact structures. Provides electrical access to the contact structure. [Selection diagram] Fig. 1

JP2014123722A, drawing sheet 1
Sheet 1 of 95

Term

Projected expiry 28 November 2033.

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80 claims: 5 independent, 75 dependent

  1. 1
    第1コンタクト構造を有する第1素子を第2コンタクト構造を有する第2素子と集積する方法であって、 少なくとも前記第1コンタクト構造に対して露出されたビアを前記第1素子内に形成し、 少なくとも前記第1コンタクト構造と接続された導電性材料を前記ビア内に形成し、 前記第1コンタクト構造および前記導電性材料のうちの1つが前記第2コンタクト構造に直接接続されるように前記第1素子を前記第2素子に接着する、 ことを具備する方法。
  2. 2
    前記第2コンタクト構造に対して露出された前記ビアを形成し、 前記第2コンタクト構造と接触する前記導電性材料を形成する、 ことを具備する、請求項1の方法。
  3. 3
    前記空洞の側壁上に絶縁膜を形成することを具備する、請求項1の方法。
  4. 4
    前記第1コンタクト構造の上を除いて前記ビアに対して露出された前記第1素子の実質的に導電性部分のみに前記絶縁膜を形成することを具備する、請求項3の方法。
  5. 5
    前記第2コンタクト構造と、前記第1コンタクト構造の側部および上部と、に接触する前記導電性材料を形成することを具備する、請求項1の方法。
  6. 6
    前記第2コンタクト構造と、実質的に前記第1および第2コンタクト構造の側部のみと、に接触する前記導電性材料を形成することを具備する、請求項1の方法。
  7. 7
    前記第1素子は、基板を含んだ第1部分と、前記第1部分上に形成された第2部分とを具備し、前記第1コンタクト構造は前記第2部分内に配置され、前記方法は、 実質的に前記第2部分に達するまで前記第1部分をエッチングして前記第1部分内に空洞を形成し、 前記空洞内に絶縁膜を形成し、 前記絶縁膜の形成後に前記第1部分をエッチングして前記第1コンタクト構造を露出させる ことを具備する、請求項1の方法。
  8. 8
    前記接着する工程の後に前記ビアを形成することを具備する、請求項1の方法。
  9. 9
    前記接着する工程の前に前記ビアを形成し、 前記第1素子の一部を除去して前記ビアを露出させる、 ことを具備する、請求項1の方法。
  10. 10
    前記接着することの前に、前記ビア内に前記第1コンタクト構造と接触する前記導電性材料を形成することを具備する、請求項1の方法。
  11. 11
    前記第1素子の一部を除去して前記導電性材料を露出することを具備する請求項10の方法。
  12. 12
    化学的機械研磨を用いて前記第1素子の前記一部を除去することを具備する、請求項10の方法。
  13. 13
    前記第1素子の前記一部と実質的に同じ研磨レートを有するように前記導電性材料を選択することを具備する、請求項12の方法。
  14. 14
    前記第1コンタクト構造が前記第2コンタクト構造に直接接続されるように前記第1、第2素子を接着することを具備する、請求項10の方法。
  15. 15
    前記導電性材料が前記第2コンタクト構造に直接接続されるように前記第1、第2素子を接着することを具備する、請求項10の方法。
  16. 16
    前記第1コンタクト構造が前記第2コンタクト構造に直接接続されるように前記第1、第2素子を接着することを具備する、請求項1の方法。
  17. 17
    前記導電性材料が前記第2コンタクト構造に直接接続されるように前記第1、第2素子を接着することを具備する、請求項1の方法。
  18. 18
    前記接着することの後に、400°C未満の温度で前記第1、第2コンタクトを熱することを具備する、請求項1の方法。
  19. 19
    前記第1、第2コンタクトが劣化することを避けるように選択された温度で前記第1、第2コンタクトを熱することを具備する、請求項1の方法。
  20. 20
    前記第1素子は、基板を含んだ第1部分と前記第1部分上に形成された第2部分とを具備し、 前記第1コンタクト構造は、前記第2部分内に配置され、 前記方法は、前記基板の実質的に全てを除去することを具備する、 請求項1の方法。
  21. 21
    前記第1素子はデバイスを具備し、 前記第2素子は、少なくとも1つのデバイスを有する基板を具備する、 請求項1の方法。
  22. 22
    前記第1素子は、デバイスを有する切り分けられたダイを具備し、 前記第2素子は、少なくとも1つのデバイスを有する基板を具備する、 請求項1の方法。
  23. 23
    前記第1素子はデバイスを具備し、 前記第2素子は基板を具備する、 請求項1の方法。
  24. 24
    各々が第1コンタクト構造を有する複数の第1素子を、複数の第2コンタクト構造を有する第2素子に、前記第1コンタクト構造のそれぞれが前記第2コンタクト構造の1つと直接接続されるように、接着し、 各々が前記第1コンタクト構造の少なくとも1つに対して露出されたビアを前記第1素子の各々の中に形成し、 前記ビアの各々の中に前記第1コンタクト構造の少なくとも1つと接続された導電性材料を形成する、 ことを具備する、請求項1の方法。
  25. 25
    前記ビアの各々の中に前記第1コンタクト構造の少なくとも1つおよび前記第2コンタクト構造の少なくとも1つと接続された導電性材料を形成することを具備する、請求項24の方法。
  26. 26
    室温において、約500乃至2000mJ/m 2 の範囲内の接着強度で前記第1、第2素子を接着することを具備する、請求項1の方法。
  27. 27
    ほぼ室温において前記第1、第2素子を化学的に接着することを具備する、請求項1の方法。
  28. 28
    前記第1コンタクト構造は、間に間隔を有する1対のコンタクト構造と開口を有するコンタクト素子との一方を具備し、 前記方法は、前記間隔および前記開口の一方を貫いて、前記第2コンタクト構造と接触する導電性材料を形成することを具備する、 請求項1の方法。
  29. 29
    前記間隔または前記開口の幅より大きい幅を有するように前記ビアを形成することを具備する、請求項28の方法。
  30. 30
    前記ビアを形成することは、 前記第1コンタクト構造をエッチングして開口を形成し、 前記開口を貫いて前記第1素子をエッチングする、 ことを具備する、請求項1の方法。
  31. 31
    前記第1コンタクト構造をエッチングして第1コンタクト部を形成し、 前記ビアをエッチングして、前記コンタクト部の少なくとも1つの上面および下面の各々の上にコンタクト棚を露出する、 ことを具備する、請求項1の方法。
  32. 32
    前記第1素子の前記第1コンタクト構造に近い側を前記基板に接着し、 前記第1素子を薄くして前記ビアを露出し、 前記薄くすることの後、前記導電性材料が前記第2コンタクト構造に直接接続されるように前記第1素子を前記第2素子に接着し、 前記基板を除去する、 ことを具備する、請求項1の方法。
  33. 33
    前記ビアに対して露出された前記第1素子の導電性部分上に絶縁層を形成することを具備する、請求項1の方法。
  34. 34
    前記ビアの側壁上に絶縁層を形成することを具備する、請求項1の方法。
  35. 35
    第3コンタクト構造を有する第3素子を、前記第3コンタクトが前記導電性材料に接触するように前記第1素子に接着することを具備する、請求項1の方法。
  36. 36
    第1コンタクト構造を有する第1素子を第2コンタクト構造を有する第2素子と集積する方法であって、 前記第1素子内にビアを形成し、 前記ビア内に第1導電性材料を形成し、 前記第1導電性材料を前記第1コンタクト構造に接続し、 前記第1素子を、前記第1コンタクト構造および前記第1導電性材料のうちの1つが前記第2コンタクト構造に直接接続されるように、前記第2素子に接着する、 ことを具備する方法。
  37. 37
    前記第1コンタクト構造の形成前に、前記ビアおよび前記第1導電性材料を形成し、 前記第1素子内に第2ビアを形成し、 前記第2ビア内に第2導電性材料を形成し、 前記第1コンタクト構造と前記第1導電性材料とを前記第2導電性材料を用いて接続する、 ことを具備する、請求項36の方法。
  38. 38
    実質的に水平部分を有するように前記第2導電性材料を形成することを具備する、請求項37の方法。
  39. 39
    実質的に垂直に前記第2導電性材料を形成することを具備する、請求項36の方法。
  40. 40
    前記第1素子はデバイスを具備し、 前記デバイスは前記第1コンタクト構造を具備し、 前記方法は、前記デバイスの形成前に、前記ビアを形成するとともに前記ビア内に前記導電性材料を形成することを具備する、 請求項36の方法。
  41. 41
    前記第1素子の一部を除去して前記導電性材料を露出することを具備する、請求項36の方法。
  42. 42
    化学的機械研磨を用いて前記第1素子の前記一部を除去することを具備する、請求項41の方法。
  43. 43
    前記第1素子の前記一部と実質的に同じ研磨レートを有するように前記導電性材料を選択することを具備する、請求項42の方法。
  44. 44
    前記第1コンタクト構造が前記第2コンタクト構造に直接接続されるように前記第1、第2素子を接着することを具備する、請求項41の方法。
  45. 45
    前記導電性材料が前記第2コンタクト構造に直接接続されるように前記第1、第2素子を接着することを具備する、請求項41の方法。
  46. 46
    前記第1コンタクト構造が前記第2コンタクト構造に直接接続されるように前記第1、第2素子を接着することを具備する、請求項36の方法。
  47. 47
    前記導電性材料が前記第2コンタクト構造に直接接続されるように前記第1、第2素子を接着することを具備する、請求項36の方法。
  48. 48
    前記接着することの後に、400°C未満の温度で前記第1、第2コンタクトを熱することを具備する、請求項36の方法。
  49. 49
    前記第1、第2コンタクトおよび前記第1、第2導電性材料が劣化することを避けるように選択された温度で前記第1、第2コンタクトを熱することを具備する、請求項36の方法。
  50. 50
    前記第1素子はデバイスを具備し、 前記第2素子は、少なくとも1つのデバイスを有する基板を具備する、 請求項36の方法。
  51. 51
    前記第1素子は、デバイスを有する切り分けられたダイを具備し、 前記第2素子は、少なくとも1つのデバイスを有する基板を具備する、 請求項36の方法。
  52. 52
    前記第1素子はデバイスを具備し、 前記第2素子は基板を具備する、 請求項36の方法。
  53. 53
    各々が第1コンタクト構造と、ビアと、前記ビア内に形成された第1導電性材料とを有する複数の第1素子を、複数のコンタクト構造を有する第2素子に、前記第1素子の各々が前記第2コンタクト構造の1つと直接接続された前記第1導電性材料および前記第1コンタクト構造のうちの1つを有するように、接着することを具備する、請求項36の方法。
  54. 54
    室温において、約500乃至2000mJ/m 2 の範囲内の接着強度で前記第1、第2素子を接着することを具備する、請求項36の方法。
  55. 55
    ほぼ室温において前記第1、第2素子を化学的に接着することを具備する、請求項36の方法。
  56. 56
    前記第1素子の前記第1コンタクト構造に近い側を前記基板に接着し、 前記第1素子を薄くして前記ビアを露出し、 前記薄くすることの後、前記導電性材料が前記第2コンタクト構造に直接接続されるように前記第1素子を前記第2素子に接着し、 前記基板を除去する、 ことを具備する、請求項36の方法。
  57. 57
    前記ビアに対して露出された前記第1素子の導電性部分上に絶縁層を形成することを具備する、請求項36の方法。
  58. 58
    前記ビアの側壁上に絶縁層を形成することを具備する、請求項36の方法。
  59. 59
    第1基板を有する第1素子内にビアを形成し、 前記ビア内に導電性材料を形成し、 前記ビアおよび前記導電性材料の形成後、前記導電性材料に電気的に接続されたコンタクト構造を形成し、 少なくとも1つの第2コンタクト構造を有する第2素子を形成し、 前記第1基板の一部を除去して前記ビアおよび前記導電性材料を露出し、 前記第1基板を前記第2基板に接着し、 前記接着する工程の一部として、前記第2コンタクト構造と、前記第1コンタクト構造および前記導電性材料のうちのの1つと、の間を接続する、 ことを具備する、集積方法。
  60. 60
    前記接着する工程の結果として、前記導電性材料を前記第2コンタクト構造に直接接続することを具備する、請求項59の方法。
  61. 61
    前記接着する工程の結果として、前記第1コンタクト構造を前記第2コンタクト構造に直接接続することを具備する、請求項59の方法。
  62. 62
    前記接着する工程は、前記導電性材料および前記第1、第2コンタクト構造を熱することを具備する、請求項59の方法。
  63. 63
    400°C未満の温度で熱することを具備する、請求項62の方法。
  64. 64
    前記第1、第2コンタクトおよび前記第1、第2導電性材料が劣化することを避けるように選択された温度で前記第1、第2コンタクトを熱することを具備する、請求項62の方法。
  65. 65
    400°C未満で熱することを具備する、請求項64の方法。
  66. 66
    前記第1コンタクト構造を具備するデバイスを前記第1素子内に形成し、 前記デバイスへの害を回避するように選択された温度で前記導電性材料および前記第2コンタクト構造を熱する、 ことを具備する、請求項59の方法。
  67. 67
    前記導電性材料および前記第1コンタクト構造と接触する導電性部材を形成することを具備する、請求項59の方法。
  68. 68
    前記導電性部材として導電性のビア構造を形成することを具備する、請求項67の方法。
  69. 69
    前記導電性部材として実質的に水平の配線を形成することを具備する、請求項67の方法。
  70. 70
    第3コンタクト構造を有する第3素子を、前記第3コンタクト構造が前記導電性材料に接続されるように、前記第1素子に接着することを具備する、請求項59の方法。
  71. 71
    第1コンタクト構造を有する第1素子と、 第2コンタクト構造を有する第2素子と、 前記第1素子内に形成された第1ビアと、 前記第1ビア内に形成された、前記第1コンタクト構造と接続された第1導電性材料と、 を具備し、 前記第1導電性材料および前記第1コンタクト構造のうちの1つが前記第2コンタクト構造に直接接続されるように前記第1素子が前記第2素子に接着される、集積構造。
  72. 72
    前記第2コンタクト構造に直接接続された前記第1コンタクト構造を具備する、請求項71の構造。
  73. 73
    前記第2コンタクト構造に直接接続された前記第1導電性材料を具備する、請求項71の構造。
  74. 74
    前記第1コンタクト構造の実質的に側面のみと接触している前記第1導電性材料を具備する、請求項71の方法。
  75. 75
    前記第1素子の前記第1ビアに露出された導電性部分の側壁上に形成された絶縁性の側壁を具備する、請求項71の方法。
  76. 76
    基板を前記第1素子と、 前記基板上に形成されたデバイス領域内に形成された前記第1コンタクト構造と、 前記基板内において、前記デバイス領域におけるよりも広い前記第1ビアと、 を具備する、請求項71の方法。
  77. 77
    基板を具備する前記第1素子と、 前記基板上に形成されたデバイス領域内に形成された前記第1コンタクト構造と、 前記デバイス領域において、前記基板におけるよりも広い、前記第1ビアと、 を具備する、請求項71の方法。
  78. 78
    水平の導電性部材を用いて前記第1導電性材料に接続されている前記第1コンタクト構造を具備する、請求項71の方法。
  79. 79
    前記第1素子内に形成された第2ビアと、 前記第1コンタクト構造および前記第1導電性材料と接続された、前記第2ビア内に形成された第2導電性材料と、 を具備する、請求項71の構造。
  80. 80
    第3コンタクト構造が前記第1導電性材料に接続されるように前記第1素子に接着された前記第3コンタクト構造を有する第3素子を具備する、請求項71の構造。
Independent claims80