JPH09510830A - 縦型集積用半導体デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 デバイスの上面上の層パターンの電気的接続のために備えられた金属化部６上にある開口を有する絶縁層７の上面に接触金属化部８を施し、パターン化する。覆っている誘電体中に形成された孔を金属で満たすことによりこの接触金属化部８上に載置される接触棒１２を形成し、層パターン内に固定されている接触金属化部８のデバイスを囲んでいる開口内の露出部分上にある接触棒１２は弾力的に可動である。このことはデバイスをこのデバイスに垂直に配設されている別のデバイスとの両面接触化を可能にし、その際互いに対向している平坦な上面を別のデバイスの接触部１５上に押圧された接触棒１２は開口１４内に押し戻されるため密着することができ、接触金属化部８の弾力により十分に確実な接触部の接続が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】 縦型集積用半導体デバイス及びその製造方法 本発明は、両面接触のために特別に形成された接続端子を有する縦型集積用の 半導体デバイス及びその製造方法に関する。 半導体デバイスを縦型に集積すること、即ち異なる機能面を上下に配置するこ とは、これらのデバイスを僅かな経費で一平面内で導電接続する並列の連絡を可 能にし、更に速度を制限するチップ間接続を回避させる。更にこのような垂直に 集積された半導体チップは機能を高められているにも拘らず同じ容器内に収納可 能である。これらのデバイスの形成にもまたそこに集積された個々の回路面に必 要な検査のためにも、両面接触の可能性を極めて小型化された接続部を有するこ れらの回路面に利用できることが必要である。 本発明の課題は、両面用の縦型の集積、特に複数の回路面を検査する目的に適 している半導体デバイスを提供することにある。更にこのようなデバイスの製造 方法を提供することにある。 この課題は本発明の請求項１に記載の特徴を有する半導体デバイスにより解決 される。幾つかの実施態様、特にその製造方法及び使用方法は従属請求項に明ら かにされている。 本発明による半導体デバイスでは垂直な接触化のための接続端子が上面に施さ れている。これらの接続端子はデバイスの層パターン由に固定されているパター ン化された金属層の上に載っており、板ばね状に半導体材料中の開口内に突出し ている。この開口内に突出しているこれらの例えば条片状の金属層の端部にそれ ぞれ接触部があり、他のデバイスの接続面との垂直接合の際に２つのデバイスの 互いに向き合う上面を互いに接触させる場合にこれらの接触部が他のデバイスの 接続面に押圧されるようにデバイスの当該上面に突出している。板ばね状の金属 層により各金属接触部は可動的に装着されるので、デバイスの上面に多少凹凸が あっても互いに押圧可能となり、その際接触部は開口内に押し戻され、同時に電 気的接続にとって十分な確実な圧力を対向する接触面上に及ぼす。このようにし て垂直に上下に配設されている個々のデバイス面がそれぞれ互いに平坦な表面を 有し、同時に弾力性の押圧力の形で一方のデバイスの接触部が他方のデバイスの 接続面に押圧されることが達成される。異なる回路面間の電気的接続が接続端子 を互いに永久的に接続する必要なくこのように形成されるので、異なる回路面の 両面の垂直な電気的接続が可能となる。これは本発明による半導体デバイスを他 のデバイス面と検査目的で接続しなければならない場合に特に有利である。同様 に垂直に集積されたチップを形成する際その都度仕上げられた積層体の一部の機 能を検査する場合及び機能に欠陥のある場合最後に付加される回路面を再び除去 し、他の回路面と取り替える場合に特に有利である。垂直に接続された回路面の 機能が完全である場合、最後に付加された面（これは本発明により実現されてい る）は例えばそれを加熱し、それにより予め施されている接着層を活性化するよ うにして残りの積層体部分と永久的に接続することができる。 本発明による半導体デバイス及びその製造方法を図１〜図６に基づき以下に詳 述する。 図１〜図４は本発明による半導体デバイスの製造方法の種々の工程後の断面図 を示すものである。 図５は本発明によるデバイスの典型的な実施例の断面図である。 図６は本発明によるデバイスを他のデバイスと垂直に組み合わせたものを例と して示すものである。 図１には基板１上に完成デバイスの予定の機能に対して層パターンが施されて いる状態が示されている。例としてここでは基板１上に下方誘電層２例えば絶縁 酸化物が絶縁材として施されている。準絶縁性基板を使用する場合にはこの層は 省略可能である。横方向を制限されている層３はデバイス内に集積される機能素 子を表すものである。シリコン上のＩＣではこの層３は例えばトランジスタのゲ ート用のポリシリコン層であってもよい。この導電性パターンは他の誘電層４、 ５内に埋め込まれ、その際第１の誘電層４は表面の平坦化の作用をする。これら の誘電層４、５内には上方の誘電層５の上面に施されている金属化部６に対する 機能素子のパターンの電気的接続のために相応する接触孔が設けられる。この金 属化部６、例えば接続端子又は導電路は絶縁層７で覆われ、そこに金属化部６を 露出するための開口が形成される。 次に図２に示すように金属層が施され、パターン化され、この金属層の残りの 部分が接触金属化部８として金属化部６の露出している接続面と接続される。更 に上面は同様に誘電層９に埋め込まれる。 次に上方の誘電層９内に接触金属化部８の表面上まで垂直に孔をエッチングす る。以後の方法にとっては、上方の誘電体が第１の誘導層９、エッチングストッ プ層１０及びその上に施される第２の誘電層１１からなる３つの成層から構成さ れると有利である。エッチングされた孔は別の金属化物で満たされる。この別の 金属化物は例えばタングステンであってもよく、まず上方の誘電層、この場合即 ち第２の誘電層１１の上面を覆うような高さに充填される。引続いてのバックエ ッチによりこの金属化物は接触棒１２として図３に示されるように最上の誘電層 の上面に達するように形成される。誘電体としては例えばＳｉＯ₂が考えられる 。図示されているパターンの場合エッチングストップ層１０は例えばＳｉ₃Ｎ₄で ある。 その後の工程で誘電体は接触棒１２が図４に示されるように上面に高さ１３だ け突出する程度に除去される。この高さ１３は例えば典型的には２μｍである。 図４のパターンを形成するこの工程においてはエッチングストップ層１０が有利 に作用する。即ち第２の誘電層１１を湿式化学的にエッチングストップ層１０ま で完全に除去可能である。更に適切な層厚を選択することにより接触棒１２がエ ッチングストップ層１０の上面を所定の高さ１３まで突出することが達成される 。更に必要な場合には金属化部又は導電路の上面の接続面をエッチングして露出 させてもよい。 次に接触棒１２及びこの接触棒１２が載っている接触金属化部８の部分の周囲 をエッチングして露出（図５の開口１４）させると、完成デバイスは図５の断面 図のような状態になる。金属化部６はこのようにして接触金属化部８及び接触棒 １２により上面に突出しているが押圧されると弾力的にたわむ接続端子を備えら れる。 図６に示されているようにこのデバイスと別のデバイスとを接続する際に互い に対向する上面が接続されるが、その際本発明によるデバイスの接触棒１２は別 のデバイスの接触開口１６内で接触部１５の露出している上面に押圧される。２ つのデバイスを押圧する際接触棒１２はこれを囲んでいる開口１４内に押し戻さ れるので２つのデバイスの上面は密着することになり、その際上面に凹凸があっ ても一層確実な電気的接触が形成される。 図６の配置では本発明によるデバイスは例えば保持具に取り付けられ、従って 接触棒１２は下方に向けられている。デバイスは次にベースＩＣ（図６の上方の デバイス）の検査のために使用可能である。この場合回路のレイアウトはこの検 査に相応して設計されなければならない。このようにして本発明によるデバイス で検査すべきＩＣの両面に順次接触化することができる。 本発明によるデバイスの他の用途としては回路面が縦型集積の場合に生じる。 異なる回路面は本発明によるデバイスに相応して接触棒を備えられる。縦型接続 の場合検査時のように電気的接触化はまず両面で行われる。積層体の一部がその 機能を満たさないことが確認されると最後に付加された回路面を除去し、別の回 路面と取り替えることができる。例えば本発明によるデバイスの使用下に積層体 部分がその機能を満たすことが検査で確認されると、最後に付加された回路面は 例えば接続面に予め施されている接着層を例えば加熱することにより活性化する ようにして永久的に残りの積層体部分に接続することができる。この接着層又は 粘着層は回路面を積層体部分に合わせる前に既に接合されている積層体部分の上 面に施される。この接着層の被着後、接触面をその後の回路面と電気的に接続す るために露出用の開口が形成される。その際これらの領域内の接着層は同時に除 去される。 本発明によるデバイスは原則として任意に多数の弾力的に支持された接触棒を 有してもよい。２つの互いに接続すべき半導体デバイスは互いに接続すべき上面 にそれぞれこのような接触棒も接続面も有することができる。製造に使用された 基板を除去する場合デバイスの対向する上面にも弾力的に戻る接触棒を備えるこ とができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベルタグノリ、エンメリツヒ ドイツ連邦共和国 デー−80799 ミユン ヘン ノルデントシユトラーセ ５ (72)発明者 ケツペ、ジークマール ドイツ連邦共和国 デー−30880 ラーツ エン アム カンプ 18 (72)発明者 ヒユープナー、 ホルガー ドイツ連邦共和国 デー−85598 バルト ハム ハムスターヴエーク 10

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．他の半導体デバイスと接続するために備えられている上面を有する半導体デ バイスにおいて、 この上面から突出する金属製の接触棒（１２）が設けられ、 この接触棒（１２）が接触金属化部（８）上に載置され、 この接触金属化部（８）が半導体デバイスの層パターン内に固定されているパ ターン化された金属層であり、その接触棒（１２）を備えられている部分が半導 体デバイス内にある開口（１４）内で可動であり、 この接触金属化部（８）が接触棒（１２）を半導体デバイス内に集積されてい る機能素子の端子と導電接続する ようにしたことを特徴とする縦型集積用半導体デバイス。 ２．端子が金属化部（６）により形成されていることを特徴とする請求項１記載 の半導体デバイス。 ３．上面が他の半導体デバイスと永久的な接続を形成することのできる接着層を 備えられていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体デバイス。 ４．第１の工程で基板（１）上に半導体デバイスの予定された機能により規定さ れる層パターンを施し、 第２の工程で電気的接続のために設けらる領域を開けておく絶縁層（７）を施 し、 第３の工程で接触金属化部（８）を施しかつこれをパターン化し、 第４の工程で全面的に誘電体を施し、 第５の工程でこの誘電体内に孔を形成し、それにより接触金属化部（８）を露 出させ、 第６の工程でこの孔を接触棒（１２）を形成するための金属で満たし、 第７の工程で接触棒（１２）が予定したように上面から突出するように誘電体 を除去し、 第８の工程で接触棒（１２）及びそれと接する接触金属化部（８）の部分をこ れらの周囲に開口（１４）をエッチングすることにより露出させる ことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の半導体デバイスの製造方法。 ５．第４の工程を全面的に第１の誘電層（９）、エッチングストップ層（１０） 及び第２の誘電層（１１）を施すようにして実施し、 第５の工程をこれらの誘電層（９、１１）及びエッチングストップ層（１０） 内に孔をエッチングし、接触金属化部（８）が露出されるようにして実施し、 第７の工程を第２の誘電層（１１）をエッチングストップ層（１０）まで除去 するようにして実施する ことを特徴とする請求項４記載の方法。 ６．半導体デバイスが別の半導体デバイスの検査に適した機能パターンを備えて おり、 一方の半導体デバイスの接触棒（１２）を他方の半導体デバイスの接触部に導 電接続するために十分に確実に押し付けられるように半導体デバイスを互いに接 触させる ことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の半導体デバイスを別の半導体デ バイスの検査に使用する方法。 ７．半導体デバイスの上面を接触棒（１２）が別の半導体デバイスの接触部（１ ５）に導電接続のために十分に確実に押し付けられるようにこの上面と垂直に接 続すべき別の半導体デバイスの表面と接触させ、 この装置が申し分なく機能する場合これらの半導体デバイスの永久的な接続が 形成される ことを特徴とする縦型集積されたデバイスを構成するために請求項１乃至３の１ つに記載の半導体デバイスを使用する方法。 ８．少なくとも一方の半導体デバイスが他方の半導体デバイスと接続すべき表面 上に接着層を備えられており、 この半導体デバイスの永久的な接続をこの接着層の接着特性を活性化すること により生じさせる ことを特徴とする請求項７記載の半導体デバイスの使用方法。