DE10323394B4 - Method for producing an electrical contact between two semiconductor pieces and method for producing an arrangement of semiconductor pieces - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Erzeugen einer elektrischen Kontaktierung zwischen einem ersten
Halbleiterstück
(100) und einem zweiten Halbleiterstück (102) mit folgenden Schritten:
Vorbereiten
des ersten Halbleiterstücks
(100), damit es eine erste Anschlußfläche (118) sowie einen Stift
(112) aufweist, der sich in einer Ausnehmung (110) des ersten Halbleiterstücks (100)
erstreckt, auf der sich die erste Anschlußfläche (118) befindet;
Vorbereiten
des zweiten Halbleiterstücks
(102), damit es eine zweite Anschlußfläche (128) aufweist;
Aufeinandersetzen
des ersten (100) und des zweiten (102) Halbleiterstücks, damit
sich die erste Anschlußfläche (118) und
die zweite Anschlußfläche (128)
gegenüberliegen;
und
Ausüben
eines Drucks auf den Stift (112), um eine elektrische Verbindung
zwischen der ersten Anschlußfläche (118) und
der zweiten Anschlußfläche (128)
herzustellen, wobei der Stift (112) aufgrund des ausgeübten Drucks
relativ zu der Ausnehmung (110) bewegt wird.Method for producing an electrical contact between a first semiconductor piece (100) and a second semiconductor piece (102), comprising the following steps:
Preparing the first die (100) to have a first land (118) and a pin (112) extending in a recess (110) of the first die (100) on which the first land (118) is located ;
Preparing the second die (102) to have a second land (128);
Placing the first (100) and second (102) dies in opposition to face the first pad (118) and the second pad (128); and
Applying pressure to the pin (112) to establish an electrical connection between the first pad (118) and the second pad (128), the pin (112) being moved relative to the recess (110) due to the applied pressure.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Erzeugen elektrischer Kontaktierungen zwischen Halbleiterstücken und insbesondere auf das Erzeugen einer elektrischen Kontaktierung zwischen zwei Wafern oder zwischen einem Wafer und einem oder mehreren Chips.The The present invention relates to the generation of electrical Contacts between semiconductors and in particular on the Generating an electrical contact between two wafers or between a wafer and one or more chips.
In vielen Bereichen werden heutzutage Halbleiterbauelemente verwendet, die aus dreidimensionalen gestapelten Chips bzw. Wafern gebildet sind. Durch die dreidimensionale Anordnung können eine hohe Packungsdichte und ferner hohe Schaltgeschwindigkeiten gegenüber zweidimensionalen Systemen erreicht werden. Insbesondere können durch die Verwendung gedünnter Wafer Leitungswege von elektrischen Kontaktierungen gering gehalten werden, was zu einer schnellen Signalübertragung führt.In In many areas semiconductor devices are used today, formed from three-dimensional stacked chips or wafers are. Due to the three-dimensional arrangement can be a high packing density and further high switching speeds over two-dimensional systems be achieved. In particular, you can thinned by using Wafer cable paths kept low by electrical contacts which leads to a fast signal transmission.
Das Erzeugen einer elektrischen Kontaktierung zwischen den einzelnen Wafern eines derartigen dreidimensionalen Waferstapels wird bekannterweise derart durchgeführt, daß nach einem Verbinden der beiden Wafer Durchgangslöcher bzw. Vialöcher bis zu einer Anschlußfläche eines unteren Wafers geätzt werden, wobei in einem darauffolgenden Abscheidungsprozeß die Durchgangslöcher mit einem Metall gefüllt werden, so daß eine Verbindung mit der Anschlußfläche des unteren Wafers erzeugt wird.The Generating an electrical contact between the individual Wafers of such a three-dimensional wafer stack become known performed in such a way that after connecting the two wafers through holes or vias to to a pad of a etched lower wafer in which, in a subsequent deposition process, the through holes with filled with a metal so that one Connection to the pad of the lower wafer is generated.
Beispielsweise
beschreibt die
Das Ätzen bzw. Freiätzen der Durchführungslöcher in einem bereits gestapelten Zustand, d.h. wenn die beiden Wafer bereits miteinander verbunden sind, ist jedoch für manche Anwendungen und in manchen Prozessabläufen nachteilig. Ferner müssen bei dem obigen Verfahren zwei Ätzvorgänge durchgeführt werden, was zu einem erhöhten Aufwand führt.The etching or etching free the feedthrough holes in an already stacked state, i. if the two wafers already However, for some applications and in some processes disadvantageous. Furthermore, must two etching operations are performed in the above method, what an increased Effort leads.
Die WO 00/74134 A1 offenbart ein Verfahren zur vertikalen Integration von elektrischen Bauelementen, bei dem in einem oberen Substrat Kontaktlöcher erzeugt werden, die mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllt werden. Auf den Kontaktlöchern werden erste Kontaktflecken aufgebracht, wobei ein unteres Substrat mit zweiten Kontaktflecken versehen wird, die den ersten Kontaktflecken entsprechen. Die beiden Substrate werden aufeinander gesetzt, so dass sich die Kontaktflecken jeweils berühren, wobei unter Anwendung einer mechanischen Kraft und einer gleichzeitigen Temperaturerhöhung eine elektrische und mechanische Verbindung erzeugt wird.The WO 00/74134 A1 discloses a method for vertical integration of electrical components, in which in an upper substrate vias are generated, which are filled with an electrically conductive material. On the contact holes first contact pads are applied, with a lower substrate is provided with second contact pads that the first contact pads correspond. The two substrates are placed on top of each other, like that that the contact pads touch each other, wherein under application a mechanical force and a simultaneous increase in temperature electrical and mechanical connection is generated.
Die
Die
Die
Weitere
Grundlagen für
das Erzeugen elektrischer Verbindungen finden sich in de Druckschriften
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Konzept zu schaffen, das ein verbessertes Erzeugen von elektrischen Kontaktierungen zwischen zwei Halbleiterstücken ermöglicht.The The object of the present invention is to provide a concept create an improved generation of electrical contacts between two semiconductors allows.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 34 gelöst.These The object is achieved by a method according to claim 1 and a method solved according to claim 34.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß ein verbessertes Erzeugen einer elektrischen Verbindung zwischen einem ersten Halbleiterstück und einem zweiten Halbleiterstück dadurch erreicht wird, daß ein erster leitfähiger Bereich des ersten Halbleiterstücks gegenüber einem zweiten leitfähigen Bereich des zweiten Halbleiterstücks angeordnet wird. Durch ein Ausüben von Druck mittels eines Stifts kann erreicht werden daß der erste und zweite leitfähige Bereich, die im drucklosen Zustand einen schlechten elektrischen Kontakt aufweisen oder voneinander elektrisch isoliert sind, einen verbesserten elektrischen Kontakt auf weisen. Der erste leitfähige Bereich kann dabei eine Anschlußfläche sein. Der erste leitfähige Bereich kann fer ner ein leitfähiger Bereich einer Stiftanordnung, beispielsweise ein leitfähiges Ende derselben, sein.The present invention is based on the discovery that improved electrical connection between a first die and a second die is thereby achieved is achieved in that a first conductive region of the first semiconductor piece is arranged opposite a second conductive region of the second semiconductor piece. By applying pressure by means of a pin can be achieved that the first and second conductive region, which have a bad electrical contact in the pressureless state or are electrically isolated from each other, have an improved electrical contact. The first conductive region may be a pad. The first conductive region may also be a conductive region of a pin assembly, such as a conductive end thereof.
Unter einem Halbleiterstück soll gemäß der vorliegenden Erfindung ein vorzugsweise scheibenförmiges Stück oder Teil verstanden werden, das Halbleitermaterial aufweist, und vorzugsweise zur Integration elektrischer Schaltungen geeignet ist, beispielsweise mittels einer Dotierung von Bereichen. Das Halbleiterstück kann ein Substrat umfassen, auf dem weitere Strukturen oder Funktionselemente gebildet sind. Das Halbleiterstück kann als eine Einheit gebildet sein, d.h. nur aus einem Halbleitermaterial bestehen, oder mehrere verbundene Schichten, die unterschiedlichen Materialen aufweisen können, umfassen.Under a semiconductor piece should according to the present Invention a preferably disc-shaped piece or part are understood comprising the semiconductor material, and preferably for integration electrical circuits is suitable, for example by means of a Doping of areas. The semiconductor piece may comprise a substrate, on which further structures or functional elements are formed. The semiconductor piece may be formed as a unit, i. consist only of a semiconductor material, or more connected layers, the different materials can have include.
Das erste und zweite Halbleiterstück können die gleiche Form und Größe aufweisen oder unterschiedliche Formen und Größen aufweisen. Vorzugsweise kann das erste und/oder zweite Halbleiterstück ein Wafer oder ein Chip sein.The first and second semiconductor piece can they have the same shape and size or have different shapes and sizes. Preferably For example, the first and / or second semiconductor piece may be a wafer or a chip be.
Die vorliegende Erfindung schafft somit bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem das erste und das zweite Halbleiterstück ein Wafer ist, eine elektrische Verbindung zwischen zwei Wafern.The The present invention thus provides, in one embodiment, wherein the first and the second semiconductor piece is a wafer, an electrical Connection between two wafers.
Ferner ist bei einem Ausführungsbeispiel ein elektrisches Verbinden zwischen einem Wafer und einem Chip vorgesehen. Dabei kann der Wafer entweder das erste Halbleiterstück sein, das den Stift vor dem Verbinden aufweist, oder das zweite Halbleiterstück sein, so daß in diesem Fall der Stift vor dem Verbinden in dem Chip angeordnet ist. Bei diesen Ausführungsbeispielen kann auch eine Mehrzahl von Chips mit dem Wafer verbunden werden. Die Chips können einzelne Chips sein, die zuvor aus einem Wafer beispielsweise durch ein Sägen vereinzelt wurden. Die Chips können vor oder nach dem Vereinzeln gedünnt werden. Das Verfahren umfaßt vorzugsweise ein justiertes Plazieren der vereinzelten Chips auf dem Wafer und ein Verbinden derselben mittels be kannter Techniken. Daraufhin wird das elektrische Verbinden von Anschlußflächen der Chips mit zugeordneten Anschlußflächen des Halbleiterstücks mittels der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Druckausübung auf den Stift durchgeführt, so daß die Mehrzahl von einzelnen Chips mit dem Wafer elektrisch verbunden sind. Mit anderen Worten gesagt, werden bei diesem Ausführungsbeispiel anstatt eines Top-Wafers viele einzelne Chips auf den Bottom-Wafer aufgesetzt und verbundenFurther is in one embodiment provided an electrical connection between a wafer and a chip. In this case, the wafer may be either the first semiconductor piece, having the pin before joining, or be the second die, so that in In this case, the pin is arranged in the chip before being connected. In these embodiments For example, a plurality of chips may also be connected to the wafer. The chips can single chips, previously from a wafer, for example, through a saw were isolated. The chips can thinned before or after singulation become. The method comprises preferably an adjusted placing of the scattered chips on the Wafer and joining them by known techniques. thereupon is the electrical connection of pads of the chips associated with Pads of the Semiconductor piece by means of the above-described pressure application according to the invention performed the pen, so that the majority of individual chips are electrically connected to the wafer. With In other words, in this embodiment, instead of a Top wafers put a lot of single chips on the bottom wafer and connected
Bei einem Ausführungsbeispiel kann es auch vorgesehen sein, daß eine Vereinzelung in Chips erst nach dem Aufsetzen und Verbinden mit dem Wafer erfolgt.at an embodiment It can also be provided that a separation into chips only after placing and connecting to the wafer takes place.
Ferner können das erste und zweite Halbleiterstück auch jeweils ein Chip sein, so daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Verbinden zwischen zwei Chips durchgeführt wird.Further can the first and second semiconductor piece also each be a chip, so that with the method according to the invention a connection between two chips is performed.
Es kann vorgesehen werden, daß der elektrische Kontakt zwischen den leitfähigen Bereichen lediglich für eine bestimmte Zeitdauer, d.h. während des Zeitraums des Ausübens des Drucks oder eine darüber hinausgehende bestimmte Zeitdauer, vorliegt. Vorzugsweise wird durch das Druckausüben eine bleibende elektrische Verbindung zwischen den leitfähigen Bereichen geschaffen. Dies kann beispielsweise durch eine plastische Verformung des ersten und/oder zweiten leitfähigen Bereichs und/oder einer Veränderung der Haftfläche zwischen denselben bewirkt werden.It can be provided that the electrical contact between the conductive areas only for a particular Duration, i. during the Period of exercise of pressure or one over it beyond a certain period of time exists. Preferably is through the pressure exerting one permanent electrical connection between the conductive areas created. This can be done, for example, by plastic deformation the first and / or second conductive region and / or a change the adhesive surface be effected between them.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Anschlußfläche des ersten Halbleiterstücks durch einen in dem ersten Halbleiterstück angeordneten Stift in eine zweite Anschlußfläche des zweiten Halbleiterstücks gedrückt wird. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Ausnehmung, in der der Stift angeordnet ist, vor einem Anordnen des ersten Halbleiterstücks auf dem zweiten Halbleiterstück gebildet, so daß nach dem Verbinden der beiden Halbleiterstücke kein Ätzen von Durchführungskontaktierungsstrukturen erforder lich ist. Durch das Kontaktieren der ersten Anschlußfläche mit der zweiten Anschlußfläche mittels einer Druckausübung durch den Stift wird eine gute elektrischen Kontaktierung erreicht.According to one embodiment becomes a pad of the first semiconductor piece by a pin arranged in the first semiconductor piece into a second pad of the second semiconductor piece depressed becomes. According to the method of the invention is a recess in which the pin is arranged in front of a Arranging the first semiconductor piece on the second semiconductor piece formed, so that after the bonding of the two semiconductor pieces no etching of feedthrough contact structures is required. By contacting the first pad with the second pad by means of a pressure exercise through the pin a good electrical contact is achieved.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird durch einen hohen angelegten Druck eine hohe mechanische Verankerung der ersten Anschlußfläche in der zweiten Anschlußfläche erreicht. Dadurch ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Prozesstoleranz vergrößert, was zu einer hohen Prozeßsicherheit und geringeren Herstellungskosten führt. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß der ganze Prozeßablauf auf einem Standard-Equipment, das in der Halbleiterindustrie üblich ist, durchgeführt werden kann. Dadurch ergibt sich eine einfache Integration in bestehende Prozeßabläufe und geringe Herstellungskosten.at a preferred embodiment a high mechanical anchorage due to high applied pressure the first pad in the reached second pad. As a result, the process tolerance according to the invention is the process tolerance enlarged, what for a high process reliability and lower production costs. Another advantage of Procedure is that the whole process flow on standard equipment that is common in the semiconductor industry, carried out can be. This results in a simple integration into existing ones Process Flows and low production costs.
Die erste Anschlußfläche und der Stift können vor dem Druckausüben voneinander beabstandet sein, so daß der Stift bei dem Anlegen des Drucks auf die erste Anschlußfläche beschleunigt wird. Ferner kann der Stift auch vor dem Ausüben des Drucks mit der ersten Anschlußfläche mechanisch verbunden sein.The first pad and the pin may be spaced apart from each other prior to applying pressure such that the pin upon application of the pressure is accelerated to the first pad. Further, the pin may also be mechanically connected to the first pad prior to applying the pressure.
Gemäß der Erfindung liegen sich die erste und zweite Anschlußfläche vor dem Ausüben von Druck gegenüber. Das Gegenüberliegen ist derart zu verstehen, daß zumindest ein Teilbereich der ersten Anschlußfläche einem Teilbereich der zweiten Anschlußfläche gegenüberliegt. Vorzugsweise liegen sich die erste und zweite Anschlußfläche mindestens über den Bereich, über dem der Stift angeordnet ist, gegenüber, so daß ein Verbinden der ersten und zweiten Anschlußfläche über den vollen Bereich des Stifts erreicht werden kann. Dadurch ist eine große Verbindungsfläche erreichbar.According to the invention are the first and second pad before applying pressure across from. The opposite is to be understood that at least a portion of the first pad a portion of the second Face opposite. Preferably, the first and second pads are at least over the Area, about the pin is disposed opposite, so that connecting the first and second pad over the full range of the pen can be achieved. This is one large connection area accessible.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Stift ein elektrisch leitfähiges Material auf, so daß derselbe nach dem elektrischen Kontaktieren eine elektrische Verbindung mit der zweiten Anschlußfläche aufweist. Dadurch kann derselbe als elektrischer Durchgangsleiter verwendet werden, um beispielsweise eine elektrische Durchkontaktierung zu einer äußeren Oberfläche des ersten Halbleiterstücks zu erreichen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann dazu ferner auf der äußeren Oberfläche des ersten Halbleiterstücks ein Anschlußbereich vorgesehen sein, der mit dem elektrischen Stift leitfähig verbunden ist.at an embodiment the pin has an electrically conductive material, so that the same after the electrical contact with the electrical connection having second pad. As a result, it can be used as an electrical continuity conductor be, for example, an electrical feedthrough to an outer surface of the first semiconductor piece to reach. In one embodiment can also do so on the outer surface of the first semiconductor piece a connection area be provided, which is conductively connected to the electrical pin is.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden das erste und zweite Halbleiterstück so übereinander angeordnet, daß sich die erste und zweite Anschlußfläche vor dem Druckerzeugen über einen Zwischenraum gegenüberliegen. Dies ermöglicht, daß bei dem Ausüben des Drucks auf den Stift die erste Anschlußfläche in Richtung der zweiten Anschlußfläche bewegt werden kann, so daß eine gute Verbindung derselben erhalten wird.at a preferred embodiment the first and second semiconductor piece arranged one above the other so that the first and second pads before over the pressure witnessing a space opposite. This allows that in the exercise the pressure on the pin, the first pad in the direction of the second Pad moves can be, so that one good connection of the same is obtained.
Vorzugsweise kann das Ausüben des Drucks auf den Stift durch das Anlegen eines äußeren Umgebungsdrucks, beispielsweise eines Luftdrucks, erfolgen, der beispielsweise in einem Bereich bis 1000 bar liegen kann. Der Druck kann statischer Art sein oder auf eine explosionsartige Weise erzeugt werden. Dabei kann die gesamte Anordnung, die durch das erste und zweite Halbleiterstück gebildet ist, dem hohen Druck ausgesetzt werden, wodurch der Druck auf den Stift auf eine einfache Art und Weise erzeugt wird. Ist zwischen der ersten und zweiten Anschlußfläche ein Zwischenraum ausgebildet, so ergibt sich der auf den Stift wirkende Druck als Differenz des Umgebungsdrucks und des Drucks in dem Zwischenraum. Das Anlegen des Drucks bewirkt, daß die Haltekräfte des Stifts, d.h. genauer gesagt die Haftreibungskräfte, die vorwiegend an den seitlichen Wänden desselben auftreten, überwunden werden, so daß sich derselbe löst und eine Kraftwirkung auf die darunterliegende erste Anschlußfläche ausübt, wodurch diese in die zweite Anschlußfläche gedrückt wird oder auf dieselbe beschleunigt wird.Preferably can exercise the pressure on the pen by applying an external ambient pressure, For example, an air pressure, carried out, for example, in can range up to 1000 bar. The pressure can be static be generated or in an explosive manner. there the entire arrangement, which is formed by the first and second semiconductor piece, be exposed to high pressure, reducing the pressure on the pen is generated in a simple way. Is between the first and second pad Intermediate space formed, this results in acting on the pin Pressure as the difference of the ambient pressure and the pressure in the gap. The application of the pressure causes the holding forces of the Pen, i. more precisely, the static friction, which is mainly due to the lateral walls the same occur, overcome be so that it solves and exerts a force on the underlying first pad, thereby this is pressed into the second pad or accelerated to the same.
Ferner kann bei dem Ausüben des Drucks der Stift vorzugsweise auf eine Temperatur von 200 bis 400°C erwärmt werden, wodurch derselbe in einen fließbaren oder plastischen Zustand überführt wird. Durch die Inkompressibilität der plastischen Materialien kann dabei eine gute Druckübertragung sichergestellt werden und ein Nachfließen von Material des Stifts während des Druckverbindens gewährleistet werden.Further may be exercising the pressure of the pin preferably to a temperature of 200 to Heated to 400 ° C, which makes it into a flowable or plastic state is transferred. Due to the incompressibility The plastic materials can be a good pressure transfer be ensured and a refill of material of the pen while ensures the pressure connection become.
Der Stift kann ein Metall, wie beispielsweise Aluminium, Wolfram oder Kupfer, aufweisen, wodurch eine gute elektrische Leitfähigkeit des Stifts erreicht wird.Of the Pen can be a metal, such as aluminum, tungsten or Copper, thereby providing good electrical conductivity of the pen is reached.
Der Stift kann ferner vor dem Erzeugen des Drucks bereits mechanisch mit der ersten Anschlußfläche verbunden sein.Of the Pen can also mechanically before generating the pressure connected to the first pad be.
Zur Verbesserung des Gleitens des Stifts kann in der Ausnehmung, in der der Stift angeordnet ist, eine Gleitschicht erzeugt werden, um eine geringe Reibung des Stifts gegen das den Stift umgebende Material zu erreichen, wenn der Stift während des Druckverbindens in der Ausnehmung bewegt wird. Ferner kann in der Ausnehmung eine Diffusionssperrschicht gebildet sein, um bei einem Erzeugen und Bewegen des Stifts in der Ausnehmung eine Diffusion des Stift-Materials in angrenzende Bereiche des ersten Halbleiterstücks zu verhindern. Vorzugsweise kann die Gleitschicht und die Diffusionsschutzschicht durch eine einzige Schicht gebildet sein, wobei diese vorzugsweise TiN aufweist. Dadurch können Herstellungsschritte eingespart werden und die Herstellung vereinfacht werden.to Improvement of the sliding of the pin can, in the recess, in the pen is arranged to create a sliding layer, To a low friction of the pen against the pen surrounding Material reach when the pin is in during press-fitting in the recess is moved. Further, in the recess, a diffusion barrier layer be formed to generate and move the pen in the Recess a diffusion of the pin material into adjacent areas of the first semiconductor piece to prevent. Preferably, the sliding layer and the diffusion protective layer be formed by a single layer, these preferably TiN. Thereby can Saved manufacturing steps and simplifies the production become.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, auf dem ersten Halbleiterstück Sollbruchstellen zu erzeugen, die es ermöglichen, daß bei dem Ausüben des Drucks das erste Halbleiterstück entlang der Sollbruchstellen bricht, so daß mechanische Verspannungen in dem ersten Halbleiterstück verhindert werden.at an embodiment it is intended to generate predetermined breaking points on the first semiconductor piece, which make it possible that at exercising the pressure of the first die along the predetermined breaking points breaks, causing mechanical tension in the first semiconductor piece be prevented.
Zur Justierung bei Strukturierungsprozessen, wie beispielsweise einem Erzeugen eines Anschlußbereichs auf einer äußeren Oberfläche, können in dem ersten Halbleiterstück Justiermarken vorgesehen sein, die vorzugsweise durch einen Dummy-Stift ohne elektrische Funktion gebildet sein können.to Adjustment in structuring processes, such as a Create a connection area on an outer surface, can in the first semiconductor piece Alignment marks may be provided, preferably by a dummy pin can be formed without electrical function.
Vorzugsweise wird das erste Halbleiterstück nach dem Verbinden mit dem zweiten Halbleiterstück gedünnt, wodurch das Auftreten mechanischer Verspannungen, die beispielsweise eine Verzerrung von Strukturen bewirken können, verhindert wird. Dadurch werden Fehlanpassungen zwischen dem oberen und unteren Halbleiterstück, beispielsweise zwischen dem Top- und Bottomwafer, die zu Ausbeuteverlusten führen können oder über eine entsprechende Gestaltung aufgefangen werden müssen, vermieden. Dies ermöglicht eine hohe Integrationsdichte, derart, daß viele Stifte hochintegriert miteinander verbunden werden können.Preferably, the first semiconductor piece is thinned after the connection with the second semiconductor piece, whereby the occurrence of mechanical stresses, for example, a distortion of Structures can be prevented. As a result, mismatches between the upper and lower semiconductor piece, for example, between the top and bottom wafer, which can lead to yield losses or must be absorbed by a corresponding design, avoided. This allows a high integration density, such that many pins can be interconnected in a highly integrated fashion.
Alternativ kann das Halbleiterstück auch vor dem Verbinden gedünnt werden, wobei derselbe auf einem Hilfsträger, beispielsweise einem Hilfswafer angeordnet wird.alternative can the semiconductor piece also thinned before connecting be arranged, wherein the same on a subcarrier, for example an auxiliary wafer becomes.
Vorzugsweise wird der erste Wafer bei dem Dünnungsschritt auf eine Dicke von 5 bis 200 μm gedünnt.Preferably becomes the first wafer in the thinning step to a thickness of 5 to 200 microns thinned.
Die Ausnehmung, in der der Stift angeordnet ist, kann ein Loch mit einem Durchmesser in einem Bereich von 2 bis 50 μm umfassen. Die Ausnehmung kann ferner in der Tiefe eine Länge aufweisen, die größer als 5 μm ist.The Recess in which the pin is arranged, a hole with a Diameter in a range of 2 to 50 microns include. The recess can also in the depth of a length that are larger than 5 μm.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann zur elektrischen Isolierung des Stifts ein Graben in dem ersten Halbleiterstück vorgesehen sein, der den Stift umgibt. Der Graben kann selbst von einer isolierten Schicht umgeben sein, so daß derselbe mit Metall gefüllt sein kann, wobei derselbe dennoch eine elektrische Isolierung des Stifts gewährleistet. Dies bietet den Vorteil, daß bei einer Anwendung von Wärme das Material des Grabens fließbar wird, so daß eine Übertragung von mechanischen Spannungen über den Bereich des Grabens hinaus verhindert wird.at an embodiment can for electrical insulation of the pin digging in the first Semiconductor piece be provided, which surrounds the pin. The ditch can itself from be surrounded by an insulated layer, so that the same be filled with metal can, while still providing electrical insulation of the pen guaranteed. This offers the advantage that at an application of heat that Material of the trench flowable will, so that a transmission of mechanical stresses over the Area of the trench is prevented.
Ferner ist bei einem Ausführungsbeispiel ein Erzeugen von äußeren Anschlußbereichen vorgesehen. Dazu wird zunächst Material des ersten Halbleiterstücks abgetragen und daraufhin eine isolierende Schicht auf der durch das Abtragen erzeugten Oberfläche des ersten Halbleiterstücks aufgebracht. Anschließend wird der Stift durch das Abtragen von Material der isolierenden Schicht geöffnet und der Anschlußbereich durch das Aufbringen leitfähigen Materials erzeugt wird.Further is in one embodiment generating outer terminal areas intended. This will be first Material of the first semiconductor piece removed and then an insulating layer on the through the ablation generated surface of the first semiconductor piece applied. Subsequently The pin is made by removing material from the insulating Layer open and the connection area by applying conductive Material is generated.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann dabei das Abtragen von Material des ersten Halbleiterstücks derart erfolgen, daß der Stift und die durch das Abtragen erzeugte Oberfläche nach dem Abtragen auf einer gleichen Ebene sind. Dadurch wird der Ätzvorgang einfach gehalten, wodurch ein Erzeugen des Anschlußbereichs mit geringen Kosten möglich ist.at an embodiment can in this case the removal of material of the first semiconductor piece done that the Pen and the surface created by the ablation after ablation on one same level. This keeps the etching process simple thereby creating the connection area at a low cost possible is.
Ferner kann das Abtragen von Material des ersten Halbleiterstücks derart erfolgen, daß der Stift nach dem Abtragen noch von einer Schicht umgeben ist, was vorzugsweise durch das Verwenden einer Stoppschicht und eines selektiven Ätzens erfolgt. Dies kann beispielsweise durch ein naßchemisches Ätzen, das vorzugsweise ein Spin-Ätzen umfaßt, erreicht werden. Alternativ kann auch ein trockener Prozeß, beispielsweise ein Plasma-Prozeß, verwendet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine Kontamination des ersten Halbleiterstücks vermieden werden. Die Stoppschicht kann ferner eine isolierende Schicht sein, die den Stift zur elektrischen Isolierung umgibt, wodurch Prozesschritte eingespart werden können.Further can the removal of material of the first semiconductor piece in such a way done that the Pen after removal is still surrounded by a layer, which preferably by using a stop layer and a selective etching. This For example, by a wet chemical etching, the preferably a spin-etch comprises be achieved. Alternatively, a dry process, for example a plasma process, be used. In this embodiment, contamination of the first semiconductor piece be avoided. The stop layer may further comprise an insulating Layer that surrounds the pin for electrical insulation, whereby process steps can be saved.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine Mehrzahl von Stiften vorgesehen sein, wobei sich die erste Anschlußfläche ferner über die Mehrzahl von Stiften erstreckt. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Druckverteilung und eine hohe Ver bindungsfläche, so daß eine gute elektrische Verbindung erreicht wird.at an embodiment may be provided a plurality of pins, wherein the first Pad further on the Extends a plurality of pins. This allows a uniform pressure distribution and a high connection area, so that one good electrical connection is achieved.
Das Anordnen des ersten Halbleiterstücks auf dem zweiten Halbleiterstück kann vorzugsweise ein Verbinden derselben über OH-Gruppen sein, die auf den jeweiligen Oberflächen der Halbleiterstücke gebildet werden, so daß die Herstellungskosten durch das Verwenden einer bekannten Technik gering gehalten werden.The Arranging the first semiconductor piece on the second semiconductor piece may preferably be a compound thereof via OH groups on the respective surfaces formed of the semiconductor pieces so that the Manufacturing costs by using a known technique low being held.
Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verbinden ein Verbinden von Wafern, so daß zu einem Waferstapel weitere Ebenen auf den Waferstapel ohne weiteres hinzugefügt und elektrisch verbunden werden können, was einen flexiblen Einsatz des Verfahrens für verschiedene Waferstapeltypen erlaubt.Further allows the joining according to the invention connecting wafers so that too a wafer stack more levels on the wafer stack easily added and can be electrically connected, giving a flexible use of the procedure for different wafer stack types allowed.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will be described below with reference to FIG the accompanying drawings explained. It demonstrate:
Im
folgenden wird unter Bezugnahme auf die
Gemäß
Die
Ausnehmung
Der
Stift
Zwischen
der isolierenden Schicht
Der
Wafer
Der
Stift
Der
zweite Wafer
Die
isolierende Schicht
Der
zweite Wafer
Auf
einer Oberfläche
Die
Herstellung des Wafers erfolgt vorzugsweise derart, daß der Wafer
Das
Verbinden der beiden Wafer
Die
Wafer
Wie
es in
In
einem anschließenden
Schritt wird der erste Wafer
Welchen
der beiden oben genannten Vorgehensweisen der Vorzug zu geben ist,
hängt von
der folgenden Prozeßabfolge
ab. Dabei spielen Kontaminationsaspekte ebenso eine Rolle wie die
Herstellungskosten. Die zwei Vorgehensweisen sollen im folgenden
anhand der
In
dem Fall, bei dem die isolierende Schicht
Die
oben beschriebene Vorgehensweise weist den Vorteil auf, daß sichergestellt
wird, daß es zu
keiner Kontamination des Wafers, d.h. genauer zu keiner Kontamination
des Materials des Substrats
In
einem weiteren Prozeßschritt
wird ein Anschlußbereich
Unter
Bezugnahme auf
Daraufhin
kann der Stift
Bei
den unter Bezugnahme auf die
Alternativ
zu der oben beschriebenen Vorgehensweise kann der Wafer
Die
weitere Bearbeitung der gedünnten
Waferseite kann daraufhin wie bei den oben beschriebenen beiden
Möglichkeiten,
bei denen das Dünnen
in dem verbundenen Zustand durchgeführt wurde, erfolgen. Anschließend wird
der Stapel, d.h. der Wafer
Im
folgenden wird unter Bezugnahme auf
Bei
dem Verbindungsschritt wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Wafer
Durch
die Kombination dieser Prozeßparameter
wird der Stift
In
Die
Bewegung des Stifts
Wie
es in
Bei
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel,
bei dem der Stift
Bei
dem erfindungsgemäßen Verbinden durch
Druckanlegen kann der Top-Wafer
Unter
Bezugnahme auf die
Unter
Bezugnahme auf die
Jedes dieser Ausführungsbeispiele kann auch das erfindungsgemäße elektrische Verbinden einer Mehrzahl von Chips mit einem Wafer umfassen. Die Mehrzahl von Chips kann durch ein vorheriges Vereinzeln der Chips, beispielsweise mittels eines Sägens oder eines Ätzens, erhalten werden. Die Chips können nach dem Vereinzeln von dem Wafer gedünnt werden, oder es kann vor dem Vereinzeln ein Dünnen derselben, vorzugsweise auf eine Dicke von 5 bis 200 μm erfolgen.each these embodiments can also be inventive electrical Connecting a plurality of chips with a wafer include. The Plurality of chips can be obtained by a prior singulation of the chips, for example by sawing or an etching, to be obtained. The chips can after the singulation of the wafer be thinned, or it may be before the singling a thin the same, preferably to a thickness of 5 to 200 microns.
Die obigen Verfahren umfassen vorzugsweise ein justiertes Plazieren des oder der vereinzelten Chips auf dem Wafer und ein Verbinden mittels bekannter Techniken, beispielsweise über an den Oberflächen angelagerten OH-Gruppen. Daraufhin wird das elektrische Verbinden von Anschlußflächen der Chips mit zugeordneten Anschlußflächen des Wafers mittels der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Druckausübung auf den Stift durchgeführt, so daß die Mehrzahl von einzelnen Chips mit dem Wafer elektrisch verbunden sind.The The above methods preferably include an adjusted placement of the isolated chip or chips on the wafer and bonding by known techniques, for example via attached to the surfaces OH groups. Thereafter, the electrical connection of pads of the chips with associated pads of the Wafers by means of the above-described pressure application according to the invention performed the pen, so that the majority of individual chips are electrically connected to the wafer.
Alternativ kann auch ein Verbinden von zwei Chips durchgeführt werden, wobei die obigen Erklärungen entsprechend gelten.alternative can also be performed connecting two chips, the above Explanations apply accordingly.
Obwohl
bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen
lediglich eine Anordnung beschrieben wurde, bei der die elektrische
Verbindung der zweiten Anschlußfläche über eine
erste Anschlußfläche
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