JP4063944B2 - Manufacturing method of three-dimensional semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ集積化技術を用いた貼り合わせによる3次元半導体集積回路装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
LSI(Large Scale Integrated Circuit)は微細加工技術の進歩により高集積化および高性能化がなされてきた。しかし、素子の微細化に伴って、配線抵抗や寄生容量の増加といった問題が生じている。
更に、最近では素子の微細化限界が論じられはじめ、単に素子を微細化させることによって高性能化させるのは難しくなると考えられる。
【0003】
このような問題の解決策として、3次元半導体集積回路が挙げられる。この3次元半導体集積回路では、垂直方向の層間配線を用いることで、配線自由度の増加や配線長を短縮することにより、垂直配線を使ったデータの並列転送化が可能になる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来研究されてきた3次元半導体集積回路では、素子を作製した上に絶縁膜を形成し、その絶縁膜上に単結晶を作る方法を採用している。
この方法を繰り返して素子を作製し、順次集積回路を形成するため、プロセス(工程)が長くなり、また歩留まりも著しく低下して実用化するまでには至っていない。
【0005】
また、従来の3次元集積回路の問題点を解決するために、貼り合わせによる3次元半導体集積回路装置の研究が進められているが、技術的に満足のいくものが作製されていないのが現状である。
本発明は、上記状況に鑑みて、工程を低減し、迅速・的確に作製し、信頼性を高めることができる貼り合わせによる3次元半導体集積回路装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕貼り合わせによる3次元半導体集積回路装置の製造方法において、
(a)トレンチに埋め込まれる垂直相互接続体を形成するとともに、半導体集積回路が形成された上層のウエハをセットする工程と、
(b)前記上層のウエハの垂直相互接続体の端面にバンプを形成する工程と、
(c)前記バンプを介して下層の半導体集積回路が形成された基板となるウエハ上に貼り合わせを行う工程と、
(d)前記バンプのみで貼り合わせ積層化した前記上下2層のウエハ間に絶縁性接着剤を注入する工程とを施すようにしたものである。
【0007】
〔2〕上記〔1〕記載の3次元半導体集積回路装置の製造方法において、前記絶縁性接着剤の注入口以外を壁で密閉し、圧力差を利用して絶縁性接着剤を注入するようにしたものである。
〔3〕上記〔1〕又は〔2〕記載の3次元半導体集積回路装置の製造方法において、前記上層のウエハを複数枚積層するようにしたものである。
【0008】
〔4〕上記〔3〕記載の3次元半導体集積回路装置の製造方法において、前記複数枚積層のウエハが貼り合わされたバンプ間に1度に絶縁性接着剤を注入する工程とを施すようにしたものである。
〔5〕上記〔1〕記載の3次元半導体集積回路装置の製造方法において、前記絶縁性接着剤としてエポキシ系接着剤を用いるようにしたものである。
【0009】
〔6〕上記〔1〕記載の3次元半導体集積回路装置の製造方法において、上記(a)工程において、前記上下2層のウエハは化学的機械研磨法によって薄層化した後に位置決めするようにしたものである。
〔7〕上記〔1〕記載の3次元半導体集積回路装置の製造方法において、前記バンプは1種類又は2種類以上の金属からなるバンプである。
【0010】
〔8〕上記〔1〕記載の3次元半導体集積回路装置の製造方法において、前記バンプの表面の全て又は一部に導電性接着層を形成するようにしたものである。
〔9〕上記〔1〕記載の3次元半導体集積回路装置の製造方法において、前記壁及びバンプはCuからなる。
〔10〕上記〔1〕記載の3次元半導体集積回路装置の製造方法において、前記バンプはAu/Inからなる。
【0011】
なお、ここで、ウエハとは、大規模、大面積のチップをも含むものと解すべきである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本発明の実施例を示す貼り合わせによる3次元半導体集積回路装置の断面図、図2は本発明の実施例を示す3次元半導体集積回路装置の製造工程断面図、図3は本発明の実施例を示す3次元半導体集積回路装置の製造工程における接着剤注入工程断面図である。
【0013】
図1において、1は第1層のLSIウエハ、11は第2層のLSIウエハ、21は第3層のLSIウエハであり、各層のLSIウエハ1,11,21は、シリコン基板2,12,22にMOSFET3,13,23などを形成する。
この3次元半導体集積回路は、素子が作製されたウエハの裏面から、化学的機械研磨(CMP)法によって薄層化した後に、それを多層に貼り合わせて積層化するという作製方法を用いている。積層された集積回路は、予め作られたマイクロバンプと垂直方向の埋込配線によって電気的接続が行われる。
【0014】
すなわち、フィールド酸化膜16には垂直相互接続体17が形成され、その垂直相互接続体17の端面にマイクロバンプ(CuやAu/In)19を形成して、積層されるウエハのマイクロバンプと接合させる。その接合されたマイクロバンプ19間には絶縁性接着剤(エポキシ系接着剤)20を注入してマイクロバンプ19を埋め込む。
【0015】
この3次元半導体集積回路は、素子が作製されたウエハの裏面から、化学的機械研磨(CMP)法により薄層化した後、それを多層に貼り合わせて積層化するという作製方法を用いている。積層された集積回路は、予め作られたマイクロバンプと垂直方向の埋込配線によって電気的接続が行われる。
ここでは、埋込相互接続体の形成、ウエハの薄肉化、ウエハアライメント、接着剤注入法を使用したウエハ接合が重要な技術となる。
【0016】
ここでは、垂直埋込相互接続体を形成するために、深いシリコントレンチを作る必要がある。厚さ50μmを超える深さのシリコントレンチは、高速の誘導結合プラズマ(ICP)エッチング装置を使用し、エッチング条件を最適化することで形成することができる。深さ100μmの深いシリコントレンチを形成することも可能である。
【0017】
研削及び化学的機械的研磨法(CMP)によってウエハの厚さを50μmにする。厚さを10μm未満にすることも容易である。
ウエハアライメントについては、アライメント公差を±0.5μmにすることができる。
また、金属バンプとしてCuバンプを用いるような場合には、上下のCuバンプ同士を接着するために、エポキシ系銀ペーストのような導電性接着剤を予めバンプの表面に塗付してやる必要がある。Cuバンプ表面に銀ペーストを塗付するには、プリンティング方法を用いた。なお、導電性接着剤のバンプの表面への塗布に当たっては、そのバンプの全て又は一部の表面に形成するようにする。
【0018】
以下、本発明の実施例を示す3次元半導体集積回路装置の製造方法について、図2を参照しながら説明する。
(1)まず、図2(a)に示すように、まず、薄膜化された2次元LSIウエハである第2層のLSIウエハ11に垂直相互接続を行うために、トレンチ(溝)に埋込垂直相互接続体17をn+ ポリシリコンを堆積して埋め込む。なお、埋込垂直相互接続体17としては、n+ ポリシリコンに限らず、金属のような導電体を用いることができることは言うまでもない。
【0019】
(2)次に、図2(b)に示すように、垂直相互接続体17を有する2次元LSIウエハを石英ガラス18に接着し、それに研削及び化学的機械的研磨を施し、約50μmになるまで、薄くする。
(3)次に、図2(c)に示すように、第2層のLSIウエハ11の埋込垂直相互接続体17の端面に、マイクロバンプ19を形成する。
(4)次に、図2(d)に示すように、マイクロバンプ19を介して薄い第2層のLSIウエハ11を第1層のLSIウエハ基板1と注意深く位置合わせし、厚い第1層のLSIウエハ基板1に接着する。
【0020】
この手順を繰り返し、薄いウエハ数枚を第1層のLSIウエハ基板1上に積み重ねる。
(5)最後に、図2(e)に示すように、絶縁性接着剤20をウエハ間の隙間に注入し、ウエハの接合性を高める。
次に、本発明の実施例を示す3次元半導体集積回路装置の製造工程における接着剤注入工程について図3を参照しながら詳細に説明する。ここでは、バンプとしてCuバンプ、絶縁性接着剤としては絶縁エポキシ接着剤を用いた。
【0021】
(1)まず、図3(a)に示すように、それぞれのウエハにCuバンプ42を囲むようにCu壁43が形成される。このCu壁43の一部に小さい入口44を作る。このようなウエハを積み重ねたウエハ群41を、約10-3Torrまで排気した真空室に置く。なお、ここで、Cu壁は、Cuバンプの形成と同時に形成することができ、製造工程上有利であるが、このCu壁に代えて、絶縁物などで壁を形成するようにしてもよい。
【0022】
(2)次に、図3(b)に示すように、積み重ねたウエハ群41のCu壁43の入口44を含む部分を真空状態で絶縁エポキシ接着剤45に浸す。
(3)次いで、図3(c)に示すように、真空状態が破られる。例えば、N2 ガスをリークする。
(4)すると、図3(d)に示すように、真空状態が破られ大気圧になると、Cuバンプ領域のウエハの隙間内の圧力は大気圧より低いのでCuバンプ領域のウエハの隙間にも毛管作用によって絶縁エポキシ接着剤45が注入される。
【0023】
したがって、絶縁エポキシ接着剤45は2枚のウエハ間ばかりでなく、同時に多くのウエハの間の隙間に注入することも可能である(図1参照)。
図4はその接着剤注入法を用いてCuバンプを有するシリコン基板上にガラス基板を接合した後の平面を示す図であり、図4(a)はそのCuバンプを有するウエハの平面図、図4(b)は図4(a)のA部(Cu壁付近)拡大図、図4(c)は図4(a)のB部(Cu壁内部)拡大図である。
【0024】
これらの図から明らかなように、Cu壁43内では絶縁エポキシ接着剤45は、Cuバンプ42を除いて、均一に充填されており、図4(b)で示すようなボイドの発生はない。一方、絶縁エポキシ接着剤45は、Cu壁43の外側ウエハの隙間にも毛管作用によって注入されるが、この注入は均一ではない。つまり、絶縁エポキシ接着剤45中にボイド46が観察された。
【0025】
図5は図4の断面を示す図である。
図5から明らかなように、絶縁エポキシ接着剤45がCuバンプ42間に形成される。つまり、Cuバンプ以外の場所に絶縁エポキシ接着剤45が入り込んでいる様子が分かる。
絶縁エポキシ接着剤は主剤と硬化剤を混ぜ合わせ化学反応で硬化するため硬化後の体積変化が少ない。
【0026】
なお、マイクロバンプについては、Cuに代えてAu/Inを用いるようにしてもよい。
Au/Inバンプの場合は、バンプ同士を接着させた後、Inの融点である150℃近くまで温度を上げるため、バンプ同士の貼り合わせで合金を作ることができる。そのためCuバンプを作る際に問題となっていた接着剤に含まれる銀のフィラーの大きさを考慮する必要なくバンプを作製することができた。
【0027】
以下にAu/Inバンプの作製方法と貼り合わせ方法を述べ、実験結果を示す。
シリコン酸化膜をつけたウエハ上にスピンコートでポジ型レジストを全面に塗付した後、形成するバンプのパターニングを行う。それから、真空蒸着装置でIn(3μm)とAu(3000Å)を続けて蒸着させる。この後に、Au/Inバンプが作られたシリコンウエハをアセトン中に入れて超音波洗浄を行う(リフトオフ法)ことにより、Au/Inバンプは作製できる。
【0028】
図6は本発明の他の実施例を示す接着剤注入方法を用いて2層間で貼り合わされたAu/Inバンプ(40μm角、高さ3μm)の断面を示す図である。
図6において、61は上層ウエハ、62は下層ウエハ、63,64はAu/Inバンプ、71は絶縁エポキシ接着剤であり、非常に狭い上層ウエハ61と下層ウエハ62間に絶縁エポキシ接着剤71がボイドなしで注入されている。これまでに、高さ2μmで5μm角のAu/Inバンプを用いた接着剤の注入にも成功している。
【0029】
次に、Au/Inバンプ63,64の電気的特性を調べるために、Au/Inバンプ63,64のテストチップを作製した。以下にその方法と、Au/Inバンプ63,64の電気的特性結果を示す。
Au/Inバンプの電気的特性を調べるために、Al配線と複数のバンプを介して電流を流すことができるテストチップを作製した。このテストチップではAl配線の上にAu/Inバンプを作製し、バンプ以外の場所には配線保護膜としてポリイミドを塗布している。また、プローブを当てるためのパッドは、ウエハ同士を貼り合わせた時にも使える位置にくるように、Al配線を延ばして貼り合わせるウエハの外側に位置している。このテストチップを使い、Al配線に電流を流してAu/Inバンプの抵抗を測定する実験を行った。
【0030】
図7はその測定結果を示す図である。
これは42個の貼り合わされたAu/Inバンプ(20μm角、高さ3μm)を介して電流を流した時に得られた電気的特性結果である。
この結果から、Au/Inバンプ一個あたりの抵抗は約12Ωとなるが、Al配線やAu、Inバンプ層の深さ、長さ、比抵抗から計算したAu/Inバンプ一個あたりの抵抗値は約1Ωである。従って、計測値は計算値と比べて高い値になっているが、プロセスの改善により低抵抗が十分に期待される。
【0031】
このように、3次元集積化技術に必要なマイクロバンプの作製を行い、接着剤注入方法を用いた、3次元半導体集積回路装置を製造することができる。
この接着剤注入方法を使って、Au/InまたはCuバンプによって貼り合わされたウエハ間に絶縁性接着剤をボイドフリーで注入できることを確認した。
この結果、ウエハの接着方法として接着剤注入技術を確立することができた。
【0032】
また、Au/Inバンプの電気的特性を計測するためのテストチップを作製し直列に接続した42段のバンプを介して電流を流すことができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0033】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
(1)請求項1記載の発明によれば、3次元半導体集積回路装置の製造方法において、工程を低減し、迅速・的確に作製し、信頼性を高めることができる。
【0034】
(2)請求項2記載の発明によれば、ウエハのバンプ間への絶縁性接着剤の注入により、LSIウエハの組み立てを強固にすることができる。
(3)請求項3記載の発明によれば、複数層のLSIウエハを簡単に組み立てることができ、集積度を向上させることができる。
(4)請求項4記載の発明によれば、複数枚積層のウエハの組み立てを一度に、簡単に、確実に行うことができる。
【0035】
(5)請求項5記載の発明によれば、エポキシ系接着剤は主剤と硬化剤を混ぜあわせ化学反応で硬化するため硬化後の体積変化が少ない。
(6)請求項6記載の発明によれば、上下層のLSIウエハは化学的機械研磨法によって薄層化した後に位置決めするために正確な位置決めを行うことができる。
【0036】
(7)請求項7記載の発明によれば、上下層のLSIウエハの強固な接合を行うことができる。
(8)請求項8記載の発明によれば、上下層のLSIウエハの電気的な接続を確実なものにすることができる。
(9)請求項9記載の発明によれば、典型的な材料を用いてプロセスを簡単にするとともに、安定な壁及びバンプを形成することができる。
【0037】
(10)請求項10記載の発明によれば、バンプ同士の貼り合わせで合金を作ることができ、強固な仮固定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す貼り合わせによる3次元半導体集積回路装置の断面図である。
【図2】本発明の実施例を示す3次元半導体集積回路装置の製造工程断面図である。
【図3】本発明の実施例を示す3次元半導体集積回路装置の製造工程における接着剤注入工程断面図である。
【図4】本発明の実施例を示す3次元半導体集積回路装置の製造工程における接着剤注入法を用いてCuバンプを有するシリコン基板上にガラス基板を接合した後の平面を示す図である。
【図5】図4の断面を示す図である。
【図6】本発明の他の実施例を示す接着剤注入方法を用いて2層間で貼り合わされたAu/Inバンプの断面を示す図である。
【図7】本発明の他の実施例を示す接合Au/Inバンプの抵抗の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
1 第1層のLSIウエハ
2,12,22 シリコン基板
3,13,23 MOSFET
4,14 配線
11 第2層のLSIウエハ
16 フィールド酸化膜
17 垂直相互接続体
18 石英ガラス
19 マイクロバンプ(金属バンプ:CuやAu/In)
20 絶縁性接着剤(エポキシ系接着剤)
21 第3層のLSIウエハ
41 ウエハ群
42 Cuバンプ
43 Cu壁
44 入口
45,71 絶縁エポキシ接着剤
46 ボイド
61 上層ウエハ
62 下層ウエハ
63,64 Au/Inバンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional semiconductor integrated circuit device by bonding using a micro integration technique.
[0002]
[Prior art]
LSI (Large Scale Integrated Circuit) has been highly integrated and improved in performance due to advances in microfabrication technology. However, with the miniaturization of elements, problems such as an increase in wiring resistance and parasitic capacitance have arisen.
Furthermore, recently, the limit of device miniaturization has started to be discussed, and it is considered difficult to achieve high performance simply by miniaturizing the device.
[0003]
As a solution to such a problem, there is a three-dimensional semiconductor integrated circuit. In this three-dimensional semiconductor integrated circuit, by using vertical interlayer wiring, it is possible to increase the degree of freedom of wiring and shorten the wiring length, thereby enabling parallel data transfer using vertical wiring.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally studied three-dimensional semiconductor integrated circuits employ a method in which an element is formed, an insulating film is formed, and a single crystal is formed on the insulating film.
This method is repeated to fabricate elements and sequentially form integrated circuits. Therefore, the process (steps) is lengthened and the yield is remarkably lowered, so that it has not yet been put into practical use.
[0005]
In addition, in order to solve the problems of the conventional three-dimensional integrated circuit, research on a three-dimensional semiconductor integrated circuit device by bonding is being promoted, but no technically satisfactory one has been produced. It is.
In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a three-dimensional semiconductor integrated circuit device by bonding, which can reduce the number of steps, can be manufactured quickly and accurately, and can improve reliability.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] In a manufacturing method of a three-dimensional semiconductor integrated circuit device by bonding,
(A) forming a vertical interconnect embedded in a trench and setting an upper wafer on which a semiconductor integrated circuit is formed;
(B) forming bumps on the end faces of the vertical interconnects of the upper wafer;
(C) bonding to a wafer serving as a substrate on which a lower-layer semiconductor integrated circuit is formed via the bump;
(D) A step of injecting an insulating adhesive between the upper and lower two-layered wafers bonded and laminated only with the bumps.
[0007]
[2] In the method of manufacturing a three-dimensional semiconductor integrated circuit device according to [1], the insulating adhesive may be injected using a pressure difference by sealing a wall other than the insulating adhesive injection port with a wall. It is a thing.
[3] In the method for manufacturing a three-dimensional semiconductor integrated circuit device according to [1] or [2], a plurality of the upper wafers are stacked.
[0008]
[4] In the method of manufacturing a three-dimensional semiconductor integrated circuit device according to [3], a step of injecting an insulating adhesive at a time between the bumps on which the plurality of laminated wafers are bonded is performed. Is.
[5] The method for manufacturing a three-dimensional semiconductor integrated circuit device according to [1], wherein an epoxy adhesive is used as the insulating adhesive.
[0009]
[6] In the method of manufacturing a three-dimensional semiconductor integrated circuit device according to [1], in the step (a), the upper and lower two-layer wafers are positioned after being thinned by a chemical mechanical polishing method. Is.
[7] In the method of manufacturing a three-dimensional semiconductor integrated circuit device according to [1], the bump is a bump made of one kind or two or more kinds of metals.
[0010]
[8] In the method for manufacturing a three-dimensional semiconductor integrated circuit device according to [1], a conductive adhesive layer is formed on all or a part of the surface of the bump.
[9] In the method of manufacturing a three-dimensional semiconductor integrated circuit device according to [1], the wall and the bump are made of Cu.
[10] In the method of manufacturing a three-dimensional semiconductor integrated circuit device according to [1], the bump is made of Au / In.
[0011]
Here, it should be understood that the wafer includes a large-scale and large-area chip.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a three-dimensional semiconductor integrated circuit device by bonding showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a manufacturing process of the three-dimensional semiconductor integrated circuit device showing an embodiment of the present invention, and FIG. It is an adhesive injection | pouring process sectional drawing in the manufacturing process of the three-dimensional semiconductor integrated circuit device which shows the Example.
[0013]
In FIG. 1,
This three-dimensional semiconductor integrated circuit uses a manufacturing method in which a thin layer is formed by a chemical mechanical polishing (CMP) method from the back surface of a wafer on which an element is manufactured, and then laminated and laminated in multiple layers. . The stacked integrated circuits are electrically connected by pre-made micro bumps and vertical embedded wiring.
[0014]
That is, a
[0015]
This three-dimensional semiconductor integrated circuit uses a manufacturing method in which a thin layer is formed by chemical mechanical polishing (CMP) from the back surface of a wafer on which an element is manufactured, and then laminated and laminated in multiple layers. . The stacked integrated circuits are electrically connected by pre-made micro bumps and vertical embedded wiring.
Here, the formation of buried interconnects, wafer thinning, wafer alignment, and wafer bonding using an adhesive injection method are important techniques.
[0016]
Here, it is necessary to make a deep silicon trench to form a vertical buried interconnect. A silicon trench having a depth exceeding 50 μm can be formed by using a high-speed inductively coupled plasma (ICP) etching apparatus and optimizing the etching conditions. It is also possible to form a deep silicon trench having a depth of 100 μm.
[0017]
The wafer thickness is reduced to 50 μm by grinding and chemical mechanical polishing (CMP). It is easy to make the thickness less than 10 μm.
For wafer alignment, the alignment tolerance can be ± 0.5 μm.
When Cu bumps are used as metal bumps, it is necessary to apply a conductive adhesive such as an epoxy-based silver paste to the bump surfaces in advance in order to bond the upper and lower Cu bumps. A printing method was used to apply the silver paste to the Cu bump surface. In addition, when apply | coating to the surface of a bump of a conductive adhesive, it forms on the surface of all or one part of the bump.
[0018]
Hereinafter, a method for manufacturing a three-dimensional semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
(1) First, as shown in FIG. 2 (a), first, in order to make a vertical interconnection to the second
[0019]
(2) Next, as shown in FIG. 2 (b), a two-dimensional LSI wafer having
(3) Next, as shown in FIG. 2C,
(4) Next, as shown in FIG. 2 (d), the thin second
[0020]
This procedure is repeated, and several thin wafers are stacked on the first-layer
(5) Finally, as shown in FIG. 2 (e), an insulating
Next, the adhesive injection process in the manufacturing process of the three-dimensional semiconductor integrated circuit device showing the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. Here, Cu bumps were used as the bumps, and an insulating epoxy adhesive was used as the insulating adhesive.
[0021]
(1) First, as shown in FIG. 3A, a
[0022]
(2) Next, as shown in FIG. 3B, the portion including the
(3) Next, as shown in FIG. 3 (c), the vacuum state is broken. For example, N 2 gas is leaked.
(4) Then, as shown in FIG. 3D, when the vacuum state is broken and the atmospheric pressure is reached, the pressure in the wafer gap in the Cu bump region is lower than the atmospheric pressure. Insulating
[0023]
Therefore, the insulating epoxy adhesive 45 can be injected not only between two wafers but also into a gap between many wafers at the same time (see FIG. 1).
FIG. 4 is a view showing a plane after bonding a glass substrate onto a silicon substrate having a Cu bump using the adhesive injection method, and FIG. 4A is a plan view of the wafer having the Cu bump. 4 (b) is an enlarged view of portion A (in the vicinity of the Cu wall) in FIG. 4 (a), and FIG. 4 (c) is an enlarged view of portion B (inside the Cu wall) in FIG. 4 (a).
[0024]
As is apparent from these drawings, the insulating
[0025]
FIG. 5 is a cross-sectional view of FIG.
As is apparent from FIG. 5, an insulating
Insulating epoxy adhesive mixes the main agent and curing agent and cures by chemical reaction, so there is little volume change after curing.
[0026]
For the micro bumps, Au / In may be used instead of Cu.
In the case of Au / In bumps, after bonding the bumps, the temperature is raised to near 150 ° C., which is the melting point of In, so that an alloy can be made by bonding the bumps together. Therefore, it was possible to produce the bump without having to consider the size of the silver filler contained in the adhesive, which was a problem when making the Cu bump.
[0027]
The production method and bonding method of Au / In bumps are described below, and experimental results are shown.
A positive resist is applied on the entire surface by spin coating on a wafer provided with a silicon oxide film, and then the bumps to be formed are patterned. Then, In (3 μm) and Au (3000 Å) are continuously deposited by a vacuum deposition apparatus. Thereafter, the Au / In bump can be produced by placing the silicon wafer on which the Au / In bump is produced in acetone and performing ultrasonic cleaning (lift-off method).
[0028]
FIG. 6 is a view showing a cross section of an Au / In bump (40 μm square, 3 μm high) bonded between two layers by using an adhesive injection method according to another embodiment of the present invention.
In FIG. 6, 61 is an upper layer wafer, 62 is a lower layer wafer, 63 and 64 are Au / In bumps, 71 is an insulating epoxy adhesive, and an insulating
[0029]
Next, in order to examine the electrical characteristics of the Au / In bumps 63 and 64, test chips for the Au / In bumps 63 and 64 were produced. The method and the electrical characteristic results of the Au / In bumps 63 and 64 are shown below.
In order to investigate the electrical characteristics of the Au / In bump, a test chip capable of passing an electric current through an Al wiring and a plurality of bumps was produced. In this test chip, Au / In bumps are formed on the Al wiring, and polyimide is applied as a wiring protective film to a place other than the bumps. Further, the pad for applying the probe is located outside the wafer to be bonded by extending the Al wiring so that the pad can be used when the wafers are bonded to each other. Using this test chip, an experiment was conducted to measure the resistance of the Au / In bump by passing a current through the Al wiring.
[0030]
FIG. 7 is a diagram showing the measurement results.
This is a result of electrical characteristics obtained when current was passed through 42 bonded Au / In bumps (20 μm square,
From this result, although the resistance per Au / In bump is about 12Ω, the resistance value per Au / In bump calculated from the depth, length, and specific resistance of the Al wiring, Au, and In bump layer is about 1Ω. Therefore, the measured value is higher than the calculated value, but low resistance is sufficiently expected by improving the process.
[0031]
In this manner, a microbump necessary for the three-dimensional integration technique is manufactured, and a three-dimensional semiconductor integrated circuit device using the adhesive injection method can be manufactured.
Using this adhesive injection method, it was confirmed that an insulating adhesive can be injected void-free between wafers bonded by Au / In or Cu bumps.
As a result, an adhesive injection technique could be established as a wafer bonding method.
[0032]
Further, a test chip for measuring the electrical characteristics of the Au / In bump can be produced, and a current can be passed through 42 bumps connected in series.
In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
[0033]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) According to the invention described in
[0034]
(2) According to the invention described in
(3) According to the invention described in
(4) According to the invention described in claim 4, the assembly of a plurality of laminated wafers can be easily and reliably performed at a time.
[0035]
(5) According to the invention described in claim 5, since the epoxy adhesive is mixed with the main agent and the curing agent and cured by a chemical reaction, the volume change after curing is small.
(6) According to the invention described in claim 6, the upper and lower LSI wafers can be positioned accurately because they are positioned after being thinned by a chemical mechanical polishing method.
[0036]
(7) According to the invention described in claim 7, the upper and lower LSI wafers can be firmly bonded.
(8) According to the invention described in claim 8, it is possible to ensure electrical connection between the upper and lower LSI wafers.
(9) According to the invention of claim 9, the process can be simplified using a typical material, and stable walls and bumps can be formed.
[0037]
(10) According to the invention of the tenth aspect, an alloy can be made by bonding bumps, and strong temporary fixing can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a bonded three-dimensional semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a manufacturing process sectional view of a three-dimensional semiconductor integrated circuit device showing an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a cross-sectional view of an adhesive injection process in a manufacturing process of a three-dimensional semiconductor integrated circuit device showing an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a plan view after a glass substrate is bonded onto a silicon substrate having Cu bumps using an adhesive injection method in a manufacturing process of a three-dimensional semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a cross section of FIG. 4;
FIG. 6 is a view showing a cross section of an Au / In bump bonded between two layers using an adhesive injection method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view showing a measurement result of resistance of a bonded Au / In bump according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 First
4, 14
20 Insulating adhesive (epoxy adhesive)
21 Third
Claims (10)
(a)トレンチに埋め込まれる垂直相互接続体を形成するとともに、半導体集積回路が形成された上層のウエハをセットする工程と、
(b)前記上層のウエハの垂直相互接続体の端面にバンプを形成する工程と、
(c)前記バンプを介して下層の半導体集積回路が形成された基板となるウエハ上に貼り合わせを行う工程と、
(d)前記バンプのみで貼り合わせ積層化した前記上下2層のウエハ間に絶縁性接着剤を注入する工程とを施すことを特徴とする3次元半導体集積回路装置の製造方法。In a manufacturing method of a three-dimensional semiconductor integrated circuit device by bonding,
(A) forming a vertical interconnect embedded in a trench and setting an upper wafer on which a semiconductor integrated circuit is formed;
(B) forming bumps on the end faces of the vertical interconnects of the upper wafer;
(C) bonding to a wafer serving as a substrate on which a lower-layer semiconductor integrated circuit is formed via the bump;
(D) A method of manufacturing a three-dimensional semiconductor integrated circuit device, comprising: injecting an insulating adhesive between the upper and lower two-layer wafers bonded and laminated only by the bumps.
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| JP2003023141A (en) * | 2001-07-09 | 2003-01-24 | Tokyo Electron Ltd | Semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor substrate |
| IL160189A0 (en) * | 2001-08-24 | 2004-07-25 | Zeiss Stiftung | Method for producing contacts and printed circuit packages |
| AU2002368524A1 (en) * | 2002-12-20 | 2004-07-22 | International Business Machines Corporation | Three-dimensional device fabrication method |
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| US7528494B2 (en) * | 2005-11-03 | 2009-05-05 | International Business Machines Corporation | Accessible chip stack and process of manufacturing thereof |
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| JP5416931B2 (en) * | 2007-08-24 | 2014-02-12 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Manufacturing method of semiconductor device |
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| JP5273875B2 (en) * | 2008-04-08 | 2013-08-28 | 株式会社島津製作所 | Adhesive injection device |
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| JP5207038B2 (en) * | 2008-04-08 | 2013-06-12 | 株式会社島津製作所 | Method for forming seal on end face of laminated wafer |
| JP2010129576A (en) * | 2008-11-25 | 2010-06-10 | Nikon Corp | Lamination semiconductor substrate, and method of manufacturing lamination semiconductor substrate |
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