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KR101341373B1 - Methods of forming bonded semiconductor structures including two or more processed semiconductor structures carried by a common substrate, and semiconductor structures formed by such methods - Google Patents

Methods of forming bonded semiconductor structures including two or more processed semiconductor structures carried by a common substrate, and semiconductor structures formed by such methods Download PDF

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KR101341373B1
KR101341373B1 KR1020120033825A KR20120033825A KR101341373B1 KR 101341373 B1 KR101341373 B1 KR 101341373B1 KR 1020120033825 A KR1020120033825 A KR 1020120033825A KR 20120033825 A KR20120033825 A KR 20120033825A KR 101341373 B1 KR101341373 B1 KR 101341373B1
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KR
South Korea
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semiconductor
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material layer
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metallization layer
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마리암 사다카
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소이텍
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Abstract

반도체 소자의 형성 방법은 전기 절연성 물질층 상에 반도체 물질층을 포함하는 기판을 제공하는 것을 포함한다. 제1 금속배선 층은 반도체 물질층의 제1 측면 위에 형성된다. 관통 웨이퍼 인터커넥트는 기판을 적어도 부분적으로 통하도록 형성된다. 제2 금속배선 층은 제1 측면의 반대편 제2 측면 위에 형성된다. 반도체 물질층의 제1 측면 상에서 기판에 의해 지지되는 제1 가공 반도체 구조와 반도체 물질층의 제1 측면 상에서 기판에 의해 지지되는 제2 가공 반도체 구조 사이에서 제1 금속배선 층, 기판, 및 제2 금속배선 층을 통하도록 연장되는 전기적 경로가 제공된다. 반도체 구조는 상기 방법을 사용하여 제조된다.A method of forming a semiconductor device includes providing a substrate including a semiconductor material layer on an electrically insulating material layer. The first metallization layer is formed over the first side of the semiconductor material layer. The through wafer interconnect is formed to at least partially pass through the substrate. The second metallization layer is formed on the second side opposite the first side. A first metallization layer, a substrate, and a second between the first fabricated semiconductor structure supported by the substrate on the first side of the semiconductor material layer and the second fabricated semiconductor structure supported by the substrate on the first side of the semiconductor material layer An electrical path is provided that extends through the metallization layer. Semiconductor structures are fabricated using this method.

Description

공통의 기판에 의해 지지된 2 개 이상의 가공 반도체 구조를 포함하는 접합 반도체 구조의 형성 방법, 및 이러한 방법에 의해 형성된 반도체 구조 {METHODS OF FORMING BONDED SEMICONDUCTOR STRUCTURES INCLUDING TWO OR MORE PROCESSED SEMICONDUCTOR STRUCTURES CARRIED BY A COMMON SUBSTRATE, AND SEMICONDUCTOR STRUCTURES FORMED BY SUCH METHODS}METHODS OF FORMING BONDED SEMICONDUCTOR STRUCTURES INCLUDING TWO OR MORE PROCESSED SEMICONDUCTOR STRUCTURES CARRIED BY A COMMON SUBSTRATE , AND SEMICONDUCTOR STRUCTURES FORMED BY SUCH METHODS}

본 발명의 실시예들은 일반적으로, 공통 기판에 접합되는 둘 이상의 반도체 구조들을 포함하는 반도체 소자의 형성 방법들, 및 이러한 방법들에 의해 형성되는 반도체 소자들에 관한 것이다.Embodiments of the present invention generally relate to methods of forming a semiconductor device comprising two or more semiconductor structures bonded to a common substrate, and semiconductor devices formed by such methods.

둘 이상의 반도체 구조들에 대한 3 차원 집적(3D integration)은 마이크로전자 적용물(microelectronic application)들에 대해 많은 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 마이크로전자 부품들의 3D 집적으로 인해 소자 공간(device footprint)의 영역을 감소시키면서 전기적 성능 및 전력 소비가 개선될 수 있다. 예를 들어, 문헌 [P. Garrou, et al., "The Handbook of 3D Integration," Wiley-VCH(2008)] 을 참조한다.3D integration of two or more semiconductor structures may provide many advantages over microelectronic applications. For example, 3D integration of microelectronic components can improve electrical performance and power consumption while reducing the area of the device footprint. See, e.g., P. Garrou, et al., "The Handbook of 3D Integration," Wiley-VCH (2008).

반도체 구조들의 3D 집적은, 하나 이상의 추가적인 반도체 다이에 대한 반도체 다이의 부착(즉, die-to-die(D2D)), 하나 이상의 반도체 웨이퍼에 대한 반도체 다이의 부착(즉, die-to-wafer(D2W)), 및 하나 이상의 추가적인 반도체 웨이퍼에 대한 반도체 웨이퍼의 부착(즉, wafer-to-wafer(W2W)), 또는 이들의 조합에 의해, 일어날 수 있다.The 3D integration of semiconductor structures may include the attachment of a semiconductor die to one or more additional semiconductor die (i.e., die-to-die (D2D)), attachment of a semiconductor die to one or more semiconductor wafers D2W), and attachment of a semiconductor wafer to one or more additional semiconductor wafers (i.e., wafer-to-wafer W2W), or a combination thereof.

종종, 개별 반도체 구조들(예를 들어, 다이 또는 웨이퍼)은 상대적으로 얇고 반도체 구조 가공용 장비로 취급하기가 어려울 수 있다. 그러므로, 내부에 동작 반도체 소자(operative semiconductor device)의 능동(active) 및 수동(passive) 부품들을 포함하는 실질적인 반도체 구조들에, 소위 "캐리어(carrier)" 다이 또는 웨이퍼가 부착될 수 있다. 캐리어 다이 또는 웨이퍼는 전형적으로, 형성될 반도체 소자의 어떤 능동 또는 수동 부품들을 포함하지 않는다. 이러한 캐리어 다이 및 웨이퍼는 본 명세서에서 "캐리어 기판(carrier substrate)" 이라고 지칭된다. 반도체 구조들 내의 능동 및/또는 수동 부품들을 가공하기 위해 사용되는 가공 장비에 의해 캐리어 기판들은 반도체 구조들의 전체 두께를 증가시키며(상대적으로 얇은 반도체 구조들에 구조 지지체(structural support)를 제공함으로써) 반도체 구조들의 취급을 용이하게 하며, 상기 반도체 구조들은 그 위에 제조될 반도 소자의 능동 및 수동 부품들을 포함할 것이다. 이러한 반도체 구조들은 본 명세서에서 "소자 기판(device substrate)" 이라고 지칭되며, 이 반도체 구조들은, 그 소자 기판 위에 제조될 반도체 소자의 능동 및/또는 수동 부품을 궁극적으로 포함할 것이며, 제조 공정 완료 시 그 위에 제조될 반도체 소자의 능동 및/또는 수동 부품을 궁극적으로 포함할 것이다.Often, individual semiconductor structures (eg, dies or wafers) are relatively thin and difficult to handle with equipment for processing semiconductor structures. Therefore, a so-called "carrier" die or wafer may be attached to substantial semiconductor structures that include active and passive components of an operative semiconductor device therein. The carrier die or wafer typically does not include any active or passive components of the semiconductor device to be formed. These carrier dies and wafers are referred to herein as "carrier substrates ". By processing equipment used to process active and / or passive components within semiconductor structures, carrier substrates increase the overall thickness of semiconductor structures (by providing structural support for relatively thin semiconductor structures). Facilitating the handling of the structures, the semiconductor structures will include active and passive components of the semiconductor device to be fabricated thereon. Such semiconductor structures are referred to herein as "device substrates," which will ultimately include active and / or passive components of the semiconductor device to be fabricated on the device substrate and upon completion of the manufacturing process. It will ultimately include active and / or passive components of the semiconductor device to be fabricated thereon.

하나의 반도체 구조를 또 다른 반도체 구조에 접합하는데 사용되는 접합 기술(bonding technique)들은 여러 방식들로 분류될 수 있는데, 2 개의 반도체 구조들을 접합하기 위해 이들 사이에 한 층(layer)의 중간 물질이 제공되는 지의 여부에 따르는 것이 첫 번째 방식이고, 접합 계면(bonding interface)이 전자들(즉, 전류)이 그 계면을 통과하도록 허용하는 지의 여부에 따르는 것이 두 번째 방식이다. 소위 "다이렉트 접합 방법(direct bonding method)"은 이들을 함께 접합시키는 2 개의 반도체 구조 사이에 중간체 결합 물질을 사용하지 않고 이들을 함께 접합시키는 2 개의 반도체 구조 사이에 다이렉트 고체-대-고체 화학 접합(direct solid-to-solid chemical bond)이 구축되는 방법이다. 다이렉트 금속-대-금속 접합 방법은 제1 반도체 구조의 표면 상의 금속 물질을 제2 반도체 구조의 표면 상의 금속 물질에 접합하기 위해 개발되었다.The bonding techniques used to bond one semiconductor structure to another semiconductor structure can be classified in various manners, with one layer of intermediate material therebetween to bond the two semiconductor structures It is the first approach, depending on whether it is provided, and the second approach, depending on whether the bonding interface allows electrons (i.e., current) to pass through the interface. The so-called "direct bonding method" is a direct solid-to-solid chemical bonding between two semiconductor structures that bond them together without the use of intermediate bonding materials between the two semiconductor structures that bond them together. This is how a -to-solid chemical bond is built. A direct metal-to-metal bonding method has been developed to bond a metal material on the surface of a first semiconductor structure to a metal material on a surface of a second semiconductor structure.

다이렉트 금속-대-금속 접합 방법은 또한 각각의 방법이 수행되는 온도 범위에 의해 분류될 수 있다. 예를 들어, 일부 다이렉트 금속-대-금속 접합 방법은 접합 계면에서 금속 물질의 적어도 부분적인 용융이 일어나는 상대적으로 높은 온도에서 수행된다. 이러한 다이렉트 접합 공정들은 하나 이상의 소자 구조들을 포함하는 가공 반도체 구조들(processed semiconductor structures) 접합에 사용되기에는 바람직하지 않을 수 있는데, 상대적으로 높은 온도가 사전에 형성된 소자 구조들에 악영향을 끼칠 수 있기 때문이다.The direct metal-to-metal bonding method may also be classified by the temperature range over which each method is performed. For example, some direct metal-to-metal bonding methods are performed at relatively high temperatures where at least partial melting of the metal material occurs at the bonding interface. Such direct bonding processes may not be desirable for use in bonded semiconductor structures involving one or more device structures because relatively high temperatures may adversely affect previously formed device structures to be.

"열-압착(thermo-compression)" 접합 방법은 200℃ 내지 약 500℃, 및 종종 약 300℃ 내지 약 400℃ 사이의 상승 온도에서 접합 표면들 사이에 압력이 적용되는 다이렉트 접합 방법이다.A "thermo-compression" bonding process is a direct bonding process in which pressure is applied between bonding surfaces at a temperature of between 200 [deg.] C and about 500 [deg.] C, and often between about 300 [deg.] C and about 400 [

200℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있는 추가적인 다이렉트 접합 방법이 개발되었다. 본 명세서에서는 200℃ 이하의 온도에서 수행되는 이러한 다이렉트 접합 공정은 "초저온(ultra-low temperature)" 다이렉트 접합 방법으로 지칭된다. 초저온 다이렉트 접합 방법은, 표면 불순물들 및 표면 화합물들(예를 들어, 본래의 산화물)의 조심스럽게 제거함으로써, 그리고 원자 규모에서 2 개의 표면 사이의 긴밀한 접촉 영역을 증가시킴으로써, 수행될 수 있다. 2 개의 표면 사이의 긴밀한 접촉 영역은 일반적으로, 접합 표면들을 연마하여 원자 규모에 가까운 값까지 표면 거칠기를 감소시킴으로써, 소성 변형이 일어나도록 접합 표면들 사이에 압력을 가함으로써, 또는 접합 표면을 연마하고 그러한 소성 변형이 얻어지도록 압력을 가함으로써, 달성된다.Additional direct bonding methods have been developed that can be performed at temperatures below 200 < 0 > C. This direct bonding process, which is performed herein at temperatures below 200 ° C, is referred to as the "ultra-low temperature" direct bonding process. The cryogenic direct bonding method can be performed by careful removal of surface impurities and surface compounds (e. G., Native oxides) and by increasing the intimate contact area between the two surfaces at the atomic scale. The intimate contact area between the two surfaces is generally achieved by applying pressure between the splicing surfaces so that plastic deformation occurs or by polishing the splicing surfaces by polishing the splicing surfaces to reduce surface roughness to values close to atomic scale And applying pressure to obtain such plastic deformation.

몇몇 초저온 다이렉트 접합 방법들은 접합 계면에서 접합 표면들 사이에 압력을 가하지 않고 수행될 수 있는데, 다만 접합 계면에서 적합한 접합 강도를 달성하기 위해 다른 초저온 다이렉트 접합 방법으로 접합 계면에서 접합 표면들 사이에 압력이 적용될 수는 있다. 접합 표면들 사이에 압력이 적용되는 초저온 다이렉트 접합 방법은 종래에는 "표면 조력 접합(surface assisted bonding)" 또는 "SAB" 방법들로 종종 지칭되었다. 따라서, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "표면 조력 접합" 및 "SAB" 라는 용어는, 제1 물질을 제2 물질에 맞대고 200℃ 이하의 온도에서 접합 계면에서 접합 표면들 사이에 압력을 가함으로써 제1 물질이 제2 물질에 직접 접합되는 다이렉트 접합 공정을 의미하고 이를 포함한다.Some cryogenic direct bonding methods can be performed without applying pressure between the bonding surfaces at the bonding interface, but with other cryogenic direct bonding methods to achieve the appropriate bonding strength at the bonding interface, there is no pressure between the bonding surfaces at the bonding interface Can be applied. A cryogenic direct bonding method in which pressure is applied between bonding surfaces is conventionally referred to as "surface assisted bonding" or "SAB" methods. Thus, as used herein, the terms "surface torsion bonding" and "SAB" refer to a process by which a first material is bonded to a second material and a pressure is applied between the bonding surfaces at a bonding interface at a temperature of & And means a direct bonding process in which the first material is directly bonded to the second material.

캐리어 기판은 전형적으로는 접착제를 사용하여 소자 기판에 부착된다. 하나 이상의 반도체 소자의 능동 및/또는 수동 부품을 내부에 포함하는 하나의 반도체 구조를, 하나 이상의 반도체 소자의 능동 및/또는 수동 부품을 내부에 포함하는 다른 반도체 구조에 고정하기 위해, 유사 접합 방법들이 사용될 수 있다.The carrier substrate is typically attached to the element substrate using an adhesive. Similar bonding methods are used to secure one semiconductor structure that includes active and / or passive components of one or more semiconductor devices therein to another semiconductor structure that includes active and / or passive components of one or more semiconductor devices therein. Can be used.

반도체 다이는 연결될 다른 반도체 구조 상의 연결부들과 맞지 않는 전기적 연결부들을 가질 수 있다. 인터포저(interposer)(즉, 추가 구조)는 적합한 전기적 연결을 리루트(reroute) 및 정렬(align)하기 위해 2 개의 반도체 구조들 사이 또는 반도체 다이와 반도체 패키지 사이에 배치될 수 있다. 인터포저는 원하는 반도체 구조들 사이에 적합한 접촉을 형성하는데 사용되는 하나 이상의 도전성 트레이스들 및 비아들을 가질 수 있다.The semiconductor die may have electrical connections that do not match the connections on other semiconductor structures to be connected. An interposer (i.e., additional structure) may be disposed between the two semiconductor structures or between the semiconductor die and the semiconductor package to reroute and align a suitable electrical connection. The interposer may have one or more conductive traces and vias used to form a suitable contact between the desired semiconductor structures.

본 명세서의 실시예들은 둘 이상의 반도체 구조들을 포함하며 공통 기판에 의해 지지되는 반도체 소자들을 형성하기 위한 방법들 및 구조들을 제공할 수 있다. 둘 이상의 반도체 구조들 사이에서 공통 기판을 통하는 전기 연결추가 제공될 수 있다. 본 요약은 본 명세서의 실시예들의 상세한 설명을 추가로 설명하는, 단순화된 형태로, 개념의 선택을 도입하고자 제공된다. 본 요약은 특허청구범위의 핵심 특징 또는 필수적 특징을 확인하기 위해의도되는 것이 아니고, 특허청구범위의 범주를 제한하기 위해 사용되는 것으로 의도되는 것도 아니다.Embodiments of the present disclosure may provide methods and structures for forming semiconductor devices that include two or more semiconductor structures and are supported by a common substrate. Electrical connections through a common substrate between two or more semiconductor structures may be provided. This Summary is provided to introduce a selection of concepts in a simplified form, further describing the detailed description of the embodiments herein. This Summary is not intended to identify key features or essential features of the claims, nor is it intended to be used to limit the scope of the claims.

일부 실시예들에서, 본 발명은 반도체 소자의 형성 방법을 포함한다. 이러한 방법에 따르면, 기판은 전기 절연성 물질층 상에 반도체 물질층을 포함하여 제공될 수 있다. 복수의 전기 도전성 피처들을 포함하는 제1 금속배선 층은 전기 절연성 물질층 반대편의 반도체 물질층의 제1 측면 위의 기판 상에 형성될 수 있다. 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트는 기판을 통해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 하나 이상의 관통 웨이퍼 인터커넥트는 금속배선 층 및 반도체 물질층 각각을 통해 연장되도록 형성될 수 있다. 복수의 전기 도전성 피처들을 포함하는 제2 금속배선 층은 반도체 물질층의 제1 측면 반대편의 반도체 물질층의 제2 측면 위의 기판 상에 형성될 수 있다. 전기적 경로는, 반도체 물질층의 제1 측면 상의 기판에 의해 지지되는 제1 가공 반도체 구조와 반도체 물질층의 제1 측면 상의 기판에 의해 지지되는 제2 가공 반도체 구조 사이에 제1 금속배선 층, 기판, 및 제2 금속배선 층을 통해 연속적으로 연장되어 제공된다(예를 들어, 형성된다).In some embodiments , the present invention includes a method of forming a semiconductor device. According to this method, the substrate may be provided comprising a semiconductor material layer on the electrically insulating material layer. A first metallization layer comprising a plurality of electrically conductive features can be formed on a substrate on the first side of the semiconductor material layer opposite the electrically insulating material layer. The plurality of through wafer interconnects may be formed at least partially through the substrate. One or more through wafer interconnects may be formed to extend through each of the metallization layer and the semiconductor material layer. A second metallization layer comprising a plurality of electrically conductive features can be formed on the substrate on the second side of the semiconductor material layer opposite the first side of the semiconductor material layer. The electrical path is formed by the first metallization layer, the substrate between the first fabricated semiconductor structure supported by the substrate on the first side of the semiconductor material layer and the second fabricated semiconductor structure supported by the substrate on the first side of the semiconductor material layer. And (eg are formed) extending continuously through the second metallization layer.

추가적인 실시예들에서, 본 발명은 본 명세서에 기재된 방법을 사용하여 형성되는 반도체 구조를 포함한다. 예를 들어, 추가적인 실시예들에서, 본 발명은 반도체 물질층을 포함하는 기판, 반도체 물질층의 제1 측면 위의 기판 상의 제1 금속배선 층, 및 반도체 물질층의 제1 측면 반대편의 반도체 물질층의 제2 측면 위의 기판 상의 제2 금속배선 층을 포함하는 반도체 소자를 포함한다. 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트는 기판의 제1 금속배선 층 및 반도체 물질층의 각각을 통해 적어도 부분적으로 연장된다. 제1 가공 반도체 구조는 반도체 물질층의 제1 측면 위의 기판에 의해 지지될 수 있고, 제2 가공 반도체 구조는 또한 반도체 물질층의 제1 측면 위의 기판에 의해 지지될 수 있다. 하나 이상의 전기적 경로는 제1 가공 반도체 구조로부터, 제1 금속배선 층의 도전성 피처들을 통해, 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트의 제1 관통 웨이퍼 인터커넥트를 통해, 제2 금속배선 층의 도전성 피처들을 통해, 그리고 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트의 제2 관통 웨이퍼 인터커넥트를 통해 제2 가공 반도체 구조로 연장될 수 있다.In further embodiments, the present invention includes semiconductor structures formed using the methods described herein. For example, in further embodiments, the present invention provides a substrate comprising a semiconductor material layer, a first metallization layer on a substrate over a first side of the semiconductor material layer, and a semiconductor material opposite the first side of the semiconductor material layer. A semiconductor device comprising a second metallization layer on a substrate over a second side of the layer. The plurality of through wafer interconnects extend at least partially through each of the first metallization layer and the semiconductor material layer of the substrate. The first processed semiconductor structure may be supported by a substrate on the first side of the semiconductor material layer, and the second processed semiconductor structure may also be supported by the substrate on the first side of the semiconductor material layer. One or more electrical paths are from the first fabricated semiconductor structure, through the conductive features of the first metallization layer, through the first through wafer interconnects of the plurality of through wafer interconnects, through the conductive features of the second metallization layer, and in plurality Extend through the second through wafer interconnect of the through wafer interconnect to the second fabricated semiconductor structure.

본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들의 하기 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하여 더욱 완전히 이해될 수 있을 것이다:
도 1은 본 발명의 방법의 실시예들에 사용될 수 있는 절연체-상-반도체(SeOI) 기판의 간략화된 단면도이고;
도 2는 도 1의 SeOI 기판을 제조하는데 사용될 수 있는 방법을 도시하는 간략화된 단면도이고;
도 3은 그 위의 복수의 가공 반도체 구조를 도식적으로 도시하는 도 1의 SeOI 기판의 간략화된 평면도이고;
도 4는 도 1의 SeOI 기판의 반도체 물질층 내에 및 위에 형성된 복수의 트랜지스터를 도식적으로 도시하는 간략화된 단면도이고;
도 5는 도 1의 SeOI 기판의 반도체 물질층의 제1 측면 및 트랜지스터 위에 형성된 제1 금속배선 층을 도식적으로 도시하는 간략화된 단면도이고;
도 6a 내지 6f는 도 5의 구조에 의해 지지된 2 개 이상의 가공 반도체 구조를 포함하는 구조를 형성하고, 2 개 이상의 가공 반도체 구조를 전기적으로 상호연결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 방법의 실시예들을 도시하는데 사용되고;
도 6a는 도 5에 도시된 SeOI 기판의 반도체 물질층 및 제1 금속배선 층을 통한 관통 웨이퍼 인터커넥트의 제조를 도시하고;
도 6b는 SeOI 기판 반대편의 면 상에 제1 금속배선 층 위에 캐리어 기판의 접합을 도시하고;
도 6c는 캐리어 기판 반대편의 면 상에 구조를 통한 관통 웨이퍼 인터커넥트를 노출시키기 위한 SeOI 기판의 일부의 제거를 도시하고;
도 6d는 제1 금속배선 층 반대편의 면 상에 SeOI 기판의 반도체 물질층 위에 형성된 제2 금속배선 층을 도시하고;
도 6e는 캐리어 웨이퍼 및 도 6d에 도시된 구조의 다른 부분의 제거를 도시하고;
도 6f는 SeOI 기판의 반도체 물질층의 제1 측면 위의 도 6e의 구조에 접합, 그리고 이와 전기적으로 커플링된 추가적인 가공 반도체 구조를 도시하고, 추가로 SeOI 기판의 반도체 물질층의 제2 측면 상의 또 다른 기판과 반도체 구조의 접합 및 전기적 커플링을 도시하고;
도 7a 내지 7f는 도 6a 내지 6f와 유사하고, 도 5의 구조에 의해 지지된 2 개 이상의 가공 반도체 구조를 포함하는 구조를 형성하고, 2 개 이상의 가공 반도체 구조를 전기적으로 상호연결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 방법의 추가적인 실시예들을 도시하는데 사용되며, 이때 SeOI 기판의 전기 절연성 물질층은 본 과정 동안 제거되지 않고;
도 8은 도 5와 유사하고, 트랜지스터가 형성되지 않은 SeOI 기판의 영역을 포함하여, 도 1의 SeOI 기판의 반도체 물질층의 제1 측면 및 트랜지스터 위에 형성된 제1 금속배선 층을 도식적으로 도시하고;
도 9a 내지 9f는 도 6a 내지 6f와 유사하고, 도 8의 구조에 의해 지지된 2 개 이상의 가공 반도체 구조를 포함하는 구조를 형성하고, 2 개 이상의 가공 반도체 구조를 전기적으로 상호연결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 방법의 추가적인 실시예들을 도시하는데 사용되며, 이때 SeOI 기판의 전기 절연성 물질층은 본 과정 동안 제거되고;
도 10a 내지 10f는 도 9a 내지 9f와 유사하고, 도 8의 구조에 의해 지지된 2 개 이상의 가공 반도체 구조를 포함하는 구조를 형성하고, 2 개 이상의 가공 반도체 구조를 전기적으로 상호연결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 방법의 추가적인 실시예들을 도시하는데 사용되며, 이때 SeOI 기판의 전기 절연성 물질층은 본 과정 동안 제거되지 않고;
도 11은 도 10f에 도시된 것과 유사한 가공 반도체 구조의 간략화된 단면도이나, SeOI 기판의 제1 측면 위에 제1 금속배선 층에 직접 접합 가공 반도체 구조, 및 SeOI 기판의 제2 측면 위에 제2 금속배선 층에 직접 접합 또 다른 기판을 도시하고;
도 12는 도 7f에 도시된 것과 유사한 가공 반도체 구조의 간략화된 단면도이나, SeOI 기판의 제1 측면 위에 직접 접합 가공 반도체 구조, 및 SeOI 기판의 제2 측면 위에 금속배선 층에 직접 접합 또 다른 기판을 도시한다.
Embodiments of the present invention will be more fully understood with reference to the following detailed description of the embodiments of the present invention and the accompanying drawings:
1 is a simplified cross-sectional view of an insulator-phase-semiconductor (SeOI) substrate that may be used in embodiments of the method of the present invention;
2 is a simplified cross-sectional view illustrating a method that can be used to fabricate the SeOI substrate of FIG. 1;
3 is a simplified plan view of the SeOI substrate of FIG. 1 schematically showing a plurality of fabricated semiconductor structures thereon;
4 is a simplified cross-sectional view schematically illustrating a plurality of transistors formed in and on a semiconductor material layer of the SeOI substrate of FIG. 1;
FIG. 5 is a simplified cross-sectional view schematically showing a first side of a semiconductor material layer of the SeOI substrate of FIG. 1 and a first metallization layer formed over a transistor; FIG.
6A-6F illustrate an embodiment of a method of the present invention that can be used to form a structure that includes two or more fabricated semiconductor structures supported by the structure of FIG. 5 and to electrically interconnect two or more fabricated semiconductor structures. Used to illustrate them;
FIG. 6A illustrates the fabrication of through wafer interconnect through the semiconductor material layer and the first metallization layer of the SeOI substrate shown in FIG. 5;
FIG. 6B shows the bonding of the carrier substrate onto the first metallization layer on the side opposite the SeOI substrate; FIG.
6C illustrates removal of a portion of a SeOI substrate to expose a through wafer interconnect through the structure on a side opposite the carrier substrate;
FIG. 6D shows a second metallization layer formed over the semiconductor material layer of the SeOI substrate on a side opposite the first metallization layer; FIG.
6E illustrates removal of the carrier wafer and other portions of the structure shown in FIG. 6D;
FIG. 6F illustrates a further processed semiconductor structure bonded to and electrically coupled to the structure of FIG. 6E over the first side of the semiconductor material layer of the SeOI substrate, and further on the second side of the semiconductor material layer of the SeOI substrate. Illustrating junction and electrical coupling of another substrate and semiconductor structure;
7A-7F are similar to FIGS. 6A-6F and may be used to form a structure comprising two or more processed semiconductor structures supported by the structure of FIG. 5, and to electrically interconnect two or more processed semiconductor structures. Used to show further embodiments of the present method, wherein the electrically insulating material layer of the SeOI substrate is not removed during the present process;
FIG. 8 is a schematic of a first side of the semiconductor material layer of the SeOI substrate of FIG. 1 and a first metallization layer formed over the transistor, similar to FIG. 5, including the region of the SeOI substrate where no transistor is formed;
9A-9F are similar to FIGS. 6A-6F and may be used to form a structure comprising two or more processed semiconductor structures supported by the structure of FIG. 8 and to electrically interconnect two or more processed semiconductor structures. Used to show additional embodiments of the present method, wherein the electrically insulating material layer of the SeOI substrate is removed during the present process;
10A-10F are similar to FIGS. 9A-9F and may be used to form a structure comprising two or more processed semiconductor structures supported by the structure of FIG. 8 and to electrically interconnect two or more processed semiconductor structures. Used to show further embodiments of the present method, wherein the electrically insulating material layer of the SeOI substrate is not removed during the present process;
FIG. 11 is a simplified cross-sectional view of a fabricated semiconductor structure similar to that shown in FIG. 10F, but directly bonded to the first metallization layer on the first side of the SeOI substrate, and on the second side of the SeOI substrate; Shows another substrate bonded directly to the layer;
FIG. 12 is a simplified cross-sectional view of a fabricated semiconductor structure similar to that shown in FIG. 7F, but with a direct bonded fabricated semiconductor structure on the first side of the SeOI substrate and another substrate bonded directly to the metallization layer on the second side of the SeOI substrate. Illustrated.

본 명세서에 제공되는 예들은 특정한 물질, 소자, 시스템, 또는 방법의 실제 모습들을의미하는 것은 아니지만 본 명세서의 실시예들을 설명하기 위해 사용되는 이상적인 대표적인 모습들에 해당한다.The examples provided herein do not imply actual aspects of a particular material, element, system, or method, but correspond to ideal representative features used to describe the embodiments herein.

본 명세서에 사용되는 명칭(heading)들은 하기의 청구항들 및 이들의 법적 등가물들에 의해 정의되는 바와 같이 본 발명의 실시예들의 범주를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다. 어떤 특정 명칭에서 서술되는 개념은 명세서 전체에 걸쳐 다른 영역들에서 일반적으로 적용될 수 있다.Headings used herein should not be construed as limiting the scope of the embodiments of the invention as defined by the following claims and their legal equivalents. The concepts described in certain names can be generally applied in different areas throughout the specification.

복수의 참조들이 본 명세서에서 인용되며, 이들의 개시내용 전체는 모든 목적을 위한 참조로써 본 명세서에 통합된다. 또한, 본 명세서에 어떻게 특징지어졌는지와 무관하게 인용된 참증들 중 어떤 것도 본 명세서에 청구된 본 발명의 주제(subject matter)에 대한 종래 기술로서 인정되는 것은 아니다.A plurality of references are cited herein, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference for all purposes. Moreover, none of the cited references, regardless of how it is characterized herein, is recognized as prior art on the subject matter claimed herein.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "반도체 소자" 라는 용어는 전자(electronic) 또는 광전자(optoelectronic) 소자 또는 시스템에 적절히 그리고 기능적으로 통합될 때 하나 이상의 기능을 수행할 수 있는 하나 이상의 반도체 물질들을 포함하는 작동 소자(operative device)를의미하고 포함한다. 반도체 소자는, 전자 신호 프로세서, 메모리 소자(예를 들어, 랜덤 접근 메모리 RAM(random access memory), DRAM(dynamic random access memory), 플래시 메모리 등), 광전자 소자(예를 들어, 발광 다이오드, 레이저 발광 다이오드, 태양 전지, 등), 및 서로 동작상 연결된 2 개 이상의 그러한 소자들을 포함하는 소자들을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.As used herein, the term "semiconductor device" includes one or more semiconductor materials capable of performing one or more functions when properly and functionally integrated into an electronic or optoelectronic device or system. It means and includes an operative device. Semiconductor devices include electronic signal processors, memory devices (e.g., random access memory random access memory (RAM), dynamic random access memory (DRAM), flash memory, etc.), optoelectronic devices (e.g., light emitting diodes, laser light emission). Diodes, solar cells, etc.), and elements including, but not limited to, two or more such elements in operative connection with one another.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "반도체 구조(semiconductor structure)" 라는 용어는 반도체 소자 제조 도중 사용되는 또는 형성되는 어떤 구조를의미하고 포함한다. 반도체 구조는 예를 들어, 다이 및 웨이퍼(예를 들어, 캐리어 기판 및 소자 기판) 뿐만 아니라 서로 3차원적으로 통합된 둘 이상의 다이 및/또는 웨이퍼를 포함하는 어셈블리 또는 복합 구조를 포함한다. 반도체 구조는 또한 완전히 제조된 반도체 소자 뿐만 아니라 반도체 소자 제조 도중 형성된 중간 구조도 포함한다.As used herein, the term " semiconductor structure " means and includes any structure used or formed during semiconductor device manufacturing. Semiconductor structures include, for example, assemblies or composite structures that include two or more die and / or wafers that are three-dimensionally integrated with each other, as well as die and wafer (e.g., carrier substrate and device substrate). Semiconductor structures also include fully fabricated semiconductor devices as well as intermediate structures formed during semiconductor device fabrication.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "가공 반도체 구조(processed semiconductor structure)" 라는 용어는 적어도 부분적으로 형성된 하나 이상의 소자 구조들을 포함하는 반도체 구조를의미하고 포함한다. 가공 반도체 구조는 반도체 구조의 하위물(subset)이고, 가공 반도체 구조들 모두는 반도체 구조이다.As used herein, the term "processed semiconductor structure " means and includes a semiconductor structure that includes one or more device structures formed at least partially. The processed semiconductor structure is a subset of the semiconductor structure, and all of the processed semiconductor structures are semiconductor structures.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "접합 반도체 구조(bonded semiconductor structure)" 라는 용어는 함께 부착된 둘 이상의 반도체 구조들을 포함하는 어떤 구조를의미하고 포함한다. 접합 반도체 구조는 반도체 구조의 하위물(subset)이며, 접합 반도체 구조들 모두는 반도체 구조이다. 또한, 가공 반도체 구조를 하나 이상 포함하는 접합 반도체 구조도 가공 반도체 구조이다.As used herein, the term "bonded semiconductor structure" means and includes any structure that includes two or more semiconductor structures attached together. The junction semiconductor structure is a subset of the semiconductor structure, and all of the junction semiconductor structures are semiconductor structures. A bonded semiconductor structure including at least one processed semiconductor structure is also a processed semiconductor structure.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "소자 구조(device structure)" 라는 용어는 반도체 구조 위에 또는 안에 형성되는 반도체 소자의 능동 또는 수동 부품의 적어도 일부를 포함 또는 정의하는 가공 반도체 구조의 일부분을 의미하고 포함한다. 예를 들어, 소자 구조는 트랜지스터, 트랜스듀서, 커패시터, 저항, 도전성 라인, 도전성 비아, 및 도전성 접촉 패드와 같은, 집적 회로의 능동 및 수동 부품들을 포함한다.As used herein, the term “device structure” means and includes a portion of a processed semiconductor structure that includes or defines at least a portion of an active or passive component of a semiconductor device formed on or in the semiconductor structure. do. For example, device structures include active and passive components of integrated circuits, such as transistors, transducers, capacitors, resistors, conductive lines, conductive vias, and conductive contact pads.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "관통 웨이퍼 인터커넥트(through wafer interconnect)" 또는 "TWI" 라는 용어는 제1 반도체 구조와 제2 반도체 구조 사이의 계면을 가로질러 제1 반도체 구조와 제2 반도체 구조 사이에 구조적 및/또는 전기적 연결을 제공하는데 사용되는 제1 반도체 구조의 적어도 일부를 통해 연장되는 도전성 비아를의미하고 포함한다. 관통 웨이퍼 인터커넥트는 또한 당업계에서 "스루 실리콘(through silicon) / 기판 비아들" 또는 "TSVs" 및 "스루 웨이퍼 비아들(through wafer vias)" 또는 "TWVs"와 같은 다른 용어로도 지칭된다. TWI는 전형적으로, 반도체 구조를 통해 반도체 구조의 대략 평평한 주표면에 대략 수직한 방향으로(Z 축에 평행한 방향으로) 반도체 구조를 통해 연장된다.As used herein, the term "through wafer interconnect" or "TWI" refers to the relationship between the first semiconductor structure and the second semiconductor structure across the interface between the first semiconductor structure and the second semiconductor structure. And means conductive vias extending through at least a portion of the first semiconductor structure used to provide structural and / or electrical connections to the substrate. Through wafer interconnect is also referred to in the art as other terms such as "through silicon / substrate vias" or "TSVs" and "through wafer vias" or "TWVs". The TWI typically extends through the semiconductor structure in a direction substantially perpendicular to the approximately planar major surface of the semiconductor structure (in a direction parallel to the Z axis) through the semiconductor structure.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "능동 표면(active surface)" 이라는 용어는, 가공 반도체 구조와 관련하여 사용되는 경우, 가공 반도체 구조의 노출된 주표면 안에서 그리고/또는 위에서 하나 이상의 소자 구조를 형성하도록 가공된 또는 가공될, 가공 반도체 구조의 노출된 주표면을 의미하고 포함한다.As used herein, the term "active surface", when used in connection with a fabricated semiconductor structure, is intended to form one or more device structures within and / or on an exposed major surface of the fabricated semiconductor structure. By processed or to be processed, is meant and includes an exposed major surface of a processed semiconductor structure.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "금속배선 층(metallization layer)" 이라는 용어는, 전기적 경로의 적어도 일부를 따라 전류를 전도하기 위해 사용되는, 도전성 라인, 도전성 비아, 및 도전성 접촉 패드 중 하나 이상을 포함하는 가공 반도체 구조(processed semiconductor structure)의 층을의미하고 포함한다. As used herein, the term "metallization layer" refers to one or more of conductive lines, conductive vias, and conductive contact pads, which are used to conduct current along at least a portion of the electrical path. Means and includes a layer of a processed semiconductor structure that includes.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "후측 표면(back surface)" 이라는 용어는, 가공 반도체 구조와 관련하여 사용되는 경우, 반도체 구조의 능동 표면으로부터 가공 반도체 구조의 반대 측면 상에 있는 가공 반도체 구조의 노출된 주표면을의미하고 포함한다.As used herein, the term "back surface" when used in connection with a processed semiconductor structure means that the exposed surface of the processed semiconductor structure on the opposite side of the processed semiconductor structure from the active surface of the semiconductor structure Quot; means < / RTI >

본 명세서에 사용된 바와 같이, "III-V 타입 반도체 물질" 라는 용어는 주기율표의 IIIA 족(B, Al, Ga, In, Ti) 출신의 하나 이상의 원소들 및 주기율표의 VA 족((N, P, As, Sb, Bi)) 출신의 하나 이상의 원소들로 주로 구성되는 물질들을의미하고 포함한다.As used herein, the term "III-V type semiconductor material" includes at least one element from group IIIA (B, Al, Ga, In, Ti) of the periodic table, , As, Sb, Bi)). ≪ / RTI >

본 명세서의 실시예들은 반도체 구조를 형성하기 위한 방법들 및 구조들을 포함하며, 보다 특정적으로는, 접합 반도체 구조들을 포함하는 반도체 구조들 및 그와 같은 접합 반도체 구조들을 형성하는 방법들을 포함한다.Embodiments herein include methods and structures for forming a semiconductor structure, and more specifically, include semiconductor structures including junction semiconductor structures and methods for forming such junction semiconductor structures.

일부 실시예들에서, 관통 웨이퍼 인터커넥트는 SeOI(semiconductor-on-insulator) 기판의 적어도 일부를 통하도록 형성되고, 하나 이상의 금속배선 층이 SeOI 기판의 적어도 일부 위에 형성된다. 가공 반도체 구조(예를 들어, 반도체 소자)는, SeOI 기판의 적어도 일부에 의해 지지될 수 있고, 가공 반도체 구조들(그리고 선택적으로, 다른 구조들 또는 기판들) 간의 전기적 경로들(electrical pathways)은 금속배선층 및 관통 웨이퍼 인터커넥트의 도전성 특징을 사용하여 수행될 수 있다. 본 명세서의 방법들 및 구조들에 대한 실시예들은 다양한 목적을 위해, 예를 들어 3D 집적 공정을 위해 그리고 3D 집적 구조를 형성하기 위해, 사용될 수 있다.In some embodiments, the through wafer interconnect is formed through at least a portion of a semiconductor-on-insulator (SeOI) substrate, and one or more metallization layers are formed over at least a portion of the SeOI substrate. The processing semiconductor structure (eg, semiconductor device) may be supported by at least a portion of the SeOI substrate, and electrical pathways between the processing semiconductor structures (and optionally, other structures or substrates) may be It can be performed using the conductive features of the metallization layer and through wafer interconnect. Embodiments of the methods and structures herein may be used for various purposes, for example for 3D integration processes and to form 3D integration structures.

도 1은 본 명세서의 실시들예에 도입 가능한 기판(100)을 도시한다. 기판(100)은 반도체 물질(104)로 이루어진 상대적으로 얇은 층을 포함한다. 일부 실시예들에서, 반도체 물질층(104)은 적어도 실질적으로 단결정(single crystal) 반도체 물질일 수 있다.1 illustrates a substrate 100 that can be incorporated into embodiments herein. Substrate 100 includes a relatively thin layer of semiconductor material 104. In some embodiments, the semiconductor material layer 104 may be at least substantially single crystal semiconductor material.

예로써 그리고 비제한적으로, 상기 반도체 물질층(104)은 단결정 규소, 게르마늄, 또는 III-V 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 도핑될 수도 있고 도핑되지 않을 수도 있다. 일부 실시예들에서, 반도체 물질층(104)은 반도체 물질로 이루어진에피택셜 층(epitaxial layer)을 포함할 수 있다.By way of example and not limitation, the semiconductor material layer 104 may comprise single crystal silicon, germanium, or III-V semiconductor material, and may or may not be doped. In some embodiments, the semiconductor material layer 104 may include an epitaxial layer made of a semiconductor material.

일부 실시예들에서, 반도체 물질층(104)은 약 1 ㎛ 이하, 약 500 nm 이하, 또는 심지어 약 10 nm 이하의 평균적인 총 두께를 가질 수 있다. In some embodiments, the semiconductor material layer 104 may have an average total thickness of about 1 μm or less, about 500 nm or less, or even about 10 nm or less.

선택적으로, 반도체 물질층은 베이스(106) 위에 배치되고 그것에 의해 지지될 수 있다. 예로써 그리고 비제한적으로, 베이스(106)는 산화물(예를 들어, 산화규소(SiO2) 또는 산화알루미늄(Al2O3)), 질화물(예를 들어, 질화규소(Si3N4) 또는 질화붕소(BN)) 등과 같은 하나 이상의 유전체 물질들을 포함할 수 있다. 추가적 실시예들에서, 베이스(106)는 반도체 물질, 예컨대 반도체 물질(104)과 관련하여 상기 기재된 것 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서 베이스(106)는 2 개 이상의 상이한 물질들을 포함하는 다중층 구조(multilayer structure)를 포함할 수 있다. Optionally, a layer of semiconductor material may be disposed over and supported by the base 106. By way of example and not limitation, the base 106 may comprise oxides (eg, silicon oxide (SiO 2 ) or aluminum oxide (Al 2 O 3 )), nitrides (eg, silicon nitride (Si 3 N 4 ) or nitride One or more dielectric materials, such as boron (BN)). In further embodiments, base 106 may comprise a semiconductor material, such as any of those described above with respect to semiconductor material 104. In some embodiments base 106 may comprise a multilayer structure comprising two or more different materials.

일부 실시예들에서, 기판(100)은 종래에 "SeOI(semiconductor-on-insulator)" 유형의 기판으로 지칭되는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(100)은 종래 "SOI(silicon-on-insulator)" 유형의 기판으로 지칭되는 것을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서는, 반도체 물질층(104)과 베이스(106) 사이에 전기 절연성 물질층(105)이 배치될 수 있다. 전기 절연성 물질(105)은 종래에 "매립 산화물(buried oxide)" 층(BOX)으로 지칭되는 것을 포함할 수 있다. 전기 절연성 물질(105)은 예를 들어, 질화물(질화규소(예를 들어, Si3N4)) 또는 산화물(예를 들어, 산화규소(SiO2) 또는 산화알루미늄(Al2O3))과 같은 세라믹 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기 절연성 물질층(105)은 약 1 ㎛ 이하, 약 300 nm 이하, 또는 심지어 약 10 nm 이하의 평균적인 총 두께를 가질 수 있다.In some embodiments, the substrate 100 may include what is conventionally referred to as a "semiconductor-on-insulator" type substrate. For example, substrate 100 may include what is conventionally referred to as a " silicon-on-insulator " type substrate. In such embodiments, an electrically insulating material layer 105 may be disposed between the semiconductor material layer 104 and the base 106. Electrically insulating material 105 may include what is conventionally referred to as a "buried oxide" layer (BOX). The electrically insulating material 105 may be, for example, nitride (silicon nitride (eg, Si 3 N 4 )) or oxide (eg, silicon oxide (SiO 2 ) or aluminum oxide (Al 2 O 3 )). It may include a ceramic material. In some embodiments, the electrically insulating material layer 105 may have an average total thickness of about 1 μm or less, about 300 nm or less, or even about 10 nm or less.

비제한적인 예로써, 도 1에 도시된 기판(100)은 SMART-CUT™ 공정으로 종래에 지칭되는 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')은 전기 절연성 물질층(105)의 노출된 주표면(107)에 접합될 수 있다. 상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')은 베이스(106) 위에 제공되는 반도체 물질층(104)의 조성과 같은 조성을 가질 수 있으며, 반도체 물질층(104)은 상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')으로부터 형성될 수 있고 그 층(104')의 상대적으로 얇은 일부분을 포함할 수 있다.As a non-limiting example, the substrate 100 shown in FIG. 1 may be formed using a process conventionally referred to as a SMART-CUT ™ process. For example, as shown in FIG. 2, a relatively thick layer of semiconductor material 104 ′ may be bonded to the exposed major surface 107 of the electrically insulating material layer 105. The relatively thick semiconductor material layer 104 'may have the same composition as that of the semiconductor material layer 104 provided over the base 106, and the semiconductor material layer 104 may have a relatively thick semiconductor material layer 104'. And may comprise a relatively thin portion of the layer 104 '.

일부 실시예들에서, 상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')을 전기 절연성 물질층(105)의 주표면(107)에 접합시키기 위해 접합 물질(미도시)이 사용될 수 있다. 이러한 접합 물질은 예를 들어, 산화규소(silicon oxide), 질화규소(silicon nitride), 및 이의 혼합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 접합 물질은 전기 절연성 물질층(105) 및 상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')의 대향 표면들 중 어느 하나에 또는 그 표면들 모두에 형성 또는 제공되어 그 표면들 간의 접합을 개선할 수 있다. In some embodiments, a bonding material (not shown) may be used to bond the relatively thick semiconductor material layer 104 ′ to the major surface 107 of the electrically insulating material layer 105. Such a bonding material may include, for example, one or more of silicon oxide, silicon nitride, and mixtures thereof. Such a bonding material may be formed or provided on either or both of the opposing surfaces of the electrically insulating material layer 105 and the relatively thick semiconductor material layer 104 ′ to improve the bonding between the surfaces. .

일부 실시예들에서, 상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')은 약 400℃ 이하, 또는 심지어 약 350℃ 이하의 온도에서 전기 절연성 물질층(105)에 접합될 수 있다. 그러나 다른 실시예들에서, 접합 공정은 보다 높은 온도에서 수행될 수 있다.In some embodiments, the relatively thick semiconductor material layer 104 ′ may be bonded to the electrically insulating material layer 105 at a temperature of about 400 ° C. or less, or even about 350 ° C. or less. However, in other embodiments, the bonding process can be performed at higher temperatures.

상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')을 전기 절연성 물질층(105)에 접합시킨 후, 도 1의 반도체 104의 상대적으로 얇은 층을 형성하기 위해 상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')이 얇아질 수 있다. 상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')의 일부분(110)은 상대적으로 얇은 반도체 물질층(104)으로부터 제거될 수 있으며, 이때 전기 절연성 물질(105)의 표면(107) 상에는 상대적으로 얇은 반도체 물질층(104)이 남는다.After bonding the relatively thick semiconductor material layer 104 'to the electrically insulating material layer 105, the relatively thick semiconductor material layer 104' may be thinned to form a relatively thin layer of the semiconductor 104 of FIG. Can be. A portion 110 of the relatively thick semiconductor material layer 104 ′ may be removed from the relatively thin semiconductor material layer 104, with the relatively thin layer of semiconductor material on the surface 107 of the electrically insulating material 105. (104) remains.

예로써 그리고 비제한적으로, 상대적으로 얇은 반도체 물질층(104), 전기 절연성 물질(105), 및 베이스(106)로부터 상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')의 일부분(110)을 분리하기 위해 SMART-CUT™ 공정이 사용될 수 있다. 이러한 공정은 예를 들어, 미국 특허 RE39,484호(발명자: Bruel, 발행일: 2007년 2일월 6일), 미국 특허 6,303,468호(발명자: Aspar 등, 발행일: 2001년 10월 16일 발행), 미국 특허 6,335,258호(발명자: Aspar 등, 발행일: 2002년 1월 1일), 미국 특허 6,756,286 호(발명자: Moriceau 등, 발행일: 2004년 6월 29일), 미국 특허 6,809,044호(발명자: Aspar 등, 발행일: 2004년 10월 26일), 및 미국 특허 6,946,365호(발명자: Aspar 등, 발행일: 2005년 9월 20일)에 상세히 기재되어 있으며, 이들의 개시 내용은 전체적으로 본 명세서에 참조로써 통합된다.By way of example and not limitation, SMART may be used to separate portions 110 of the relatively thin semiconductor material layer 104, electrically insulating material 105, and the relatively thick semiconductor material layer 104 ′ from the base 106. The -CUT ™ process can be used. Such a process is described, for example, in US Patent RE39,484 (inventor: Bruel, published February 6, 2007), US 6,303,468 (invented by Aspar, published October 16, 2001), United States Patent 6,335,258 (Inventor: Aspar et al., Issue Date: January 1, 2002), US Patent 6,756,286 (Inventor: Moriceau et al., Publication Date: June 29, 2004), US Patent 6,809,044 (Inventor: Aspar et al., Publication Date : October 26, 2004), and US Pat. No. 6,946,365 (Inventor: Aspar et al., Published September 20, 2005), the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entirety.

간략하게, 반도체 물질층(104') 내에는 이온 주입 면(112)을 따라 복수의 이온들(예를 들어, 수소, 헬륨, 또는 비활성 가스 이온들 중 하나 이상)이 주입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반도체 물질층(104')을 전기 절연성 물질층(105) 및 베이스(106)에 접합시키기 전에 복수의 이온들이 반도체 물질층(104') 내에 주입될 수 있다.Briefly, a plurality of ions (eg, one or more of hydrogen, helium, or inert gas ions) may be implanted into the semiconductor material layer 104 ′ along the ion implantation surface 112. In some embodiments, a plurality of ions may be implanted into the semiconductor material layer 104 ′ before bonding the semiconductor material layer 104 ′ to the electrically insulating material layer 105 and the base 106.

이온들은 반도체 물질층(104')에 실질적으로 수직 방향을 따라 주입될 수 있다. 종래에 알려진 바와 같이, 반도체 물질층(104') 내에 이온들이 주입되는 깊이는, 적어도 부분적으로는, 반도체 물질층(104') 내에 이온 주입시 수반되는에너지의 함수이다. 일반적으로, 적은에너지로 주입되는 이온들은 비교적 얕은 깊이로 주입될 것이고, 높은에너지로 주입되는 이온들은 비교적 깊은 깊이로 주입될 것이다.Ions may be implanted along a direction substantially perpendicular to the semiconductor material layer 104 ′. As is known in the art, the depth at which ions are implanted into the semiconductor material layer 104 'is, at least in part, a function of the energy involved in implanting ions into the semiconductor material layer 104'. In general, ions implanted with less energy will be implanted at relatively shallow depths, and ions implanted with higher energies will be implanted at relatively deep depths.

반도체 물질층(104') 내에 원하는 깊이로 이온을 주입하기 위해 선택된 미리 결정된에너지로 이온들이 반도체 물질층(104') 내에 주입될 수 있다. 반도체 물질층(104')을 전기 절연성 물질층(105) 및 베이스(106)에 접합시키기 전 또는 후에 반도체 물질층(104') 내에 이온들이 주입될 수 있다. 한 가지 비-제한적인 특정 예로써, 상대적으로 얇은 반도체 물질층(104)의 평균 두께가 대략 천 나노미터(1,000 nm) 내지 대략 백 나노미터(10 nm)의 범위가 되도록, 반도체 물질층(104') 내에는 그 표면으로부터 어떤 깊이에 이온 주입 면(112)이 배치될 수 있다. 종래에 공지된 바와 같이, 필연적으로 적어도 일부 이온들은 바람직한 주입 깊이 이외의 깊이에서 주입될 수 있고, 반도체 물질층(104')의 표면으로부터 반도체 물질층(104')의 내부 깊이에 대한 함수로서의 이온 농도의 그래프는(예를 들어, 접합 이전), 바람직한 주입 깊이에서 최대값을 갖는 일반적으로 종(bell)-형상(대칭 또는 비대칭)의 곡선을 나타낼 수 있다.Ions may be implanted into the semiconductor material layer 104 'with a predetermined energy selected to implant ions into the semiconductor material layer 104' to a desired depth. Ions may be implanted into the semiconductor material layer 104 ′ before or after bonding the semiconductor material layer 104 ′ to the electrically insulating material layer 105 and the base 106. As one non-limiting particular example, the semiconductor material layer 104 such that the average thickness of the relatively thin semiconductor material layer 104 ranges from approximately one thousand nanometers (1,000 nm) to approximately one hundred nanometers (10 nm). Within ') an ion implantation face 112 may be disposed at some depth from its surface. As is known in the art, inevitably at least some ions may be implanted at a depth other than the desired implantation depth, and ions as a function of the inner depth of the semiconductor material layer 104 'from the surface of the semiconductor material layer 104'. The graph of concentrations (eg, prior to conjugation) may represent a generally bell-shaped (symmetric or asymmetric) curve with a maximum at the desired injection depth.

반도체 물질층(104') 내에 이온 주입 후, 이온은 반도체 물질층(104') 내의 이온 주입 면(112)(도 2에서 점선으로 도시됨)을 정의할 수 있다. 이온 주입 면(112)은 반도체 물질층(104') 내의 최대 이온 농도의 면에 정렬된(예를 들어, 대략 집중된) 반도체 물질층(104') 내의 하나의 층(또는 영역)을 포함할 수 있다. 이온 주입 면(112)은 반도체 물질층(104') 내에 취약 구역(zone of weakness)을 정의할 수 있으며, 이 구역을 따라 후속 공정에서 반도체 물질층(104')이 쪼개지거나(cleaved) 또는 갈라지거나(fractured) 할 수 있다. 예를 들어, 반도체 물질층(104')은 이온 주입 면(112)을 따라 쪼개지거나 갈라지도록 가열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 쪼갬 공정(cleaving process) 도중, 반도체 물질층(104')의 온도는 약 400℃ 이하, 또는 심지어 약 350℃ 이하에서 유지될 수 있다. 하지만, 다른 실시예들에서, 쪼갬 공정은 보다 높은 온도에서 수행될 수 있다. 선택적으로, 이온 주입 면(112)을 따르는 반도체 물질층(104')의 쪼개짐을 일으키거나 이를 보조하도록 반도체 물질층(104')에 기계적인 힘들이 가해질 수 있다.After ion implantation into the semiconductor material layer 104 ′, ions may define an ion implantation face 112 (shown in dashed lines in FIG. 2) within the semiconductor material layer 104 ′. Ion implantation surface 112 may include one layer (or region) in semiconductor material layer 104 'aligned to (eg, approximately concentrated) the surface of the maximum ion concentration in semiconductor material layer 104'. have. Ion implantation face 112 may define a zone of weakness within semiconductor material layer 104 'along which semiconductor material layer 104' may be cleaved or cracked in subsequent processing. It can be structured. For example, the semiconductor material layer 104 ′ may be heated to split or split along the ion implantation surface 112. In some embodiments, during the cleaving process, the temperature of the semiconductor material layer 104 ′ may be maintained at about 400 ° C. or less, or even about 350 ° C. or less. However, in other embodiments, the cleaving process can be performed at higher temperatures. Optionally, mechanical forces may be applied to the semiconductor material layer 104 ′ to cause or assist in cleavage of the semiconductor material layer 104 ′ along the ion implantation surface 112.

추가적인 실시예들에서, 상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')(예를 들어, 약 100 마이크론 초과의 평균 두께를 갖는 층)을 전기 절연성 물질층(105) 및 베이스(106)에 접합시키고, 이어서 베이스(106) 반대편의 면으로부터 상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')을 얇게 함으로써, 전기 절연성 물질층(105) 및 베이스(106) 상에 상대적으로 얇은 반도체 물질층(104)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')은 상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')의 노출된 주표면으로부터 물질을 제거하여 얇게 만들 수 있다. 예를 들어, 화학적 공정(예를 들어, 습식 또는 건식 화학적에칭 공정), 기계적 공정(예를 들어, 분쇄 또는 연마 공정)을 사용하여, 또는 화학적-기계적 연마(CMP) 공정에 의해, 상대적으로 두꺼운 반도체 물질층(104')의 노출된 주표면으로부터 물질이 제거될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 공정은 약 400℃ 이하, 또는 심지어 약 350℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 그러나 다른 실시예들에서, 이러한 공정은 보다 높은 온도에서 수행될 수 있다.In further embodiments, a relatively thick layer of semiconductor material 104 ′ (eg, a layer having an average thickness greater than about 100 microns) is bonded to the electrically insulating material layer 105 and the base 106, and then By thinning the relatively thick layer of semiconductor material 104 ′ from the side opposite the base 106, the layer of electrically insulating material 105 and the relatively thin layer of semiconductor material 104 can be provided on the base 106. . For example, the relatively thick layer of semiconductor material 104 'may be thinned by removing material from the exposed major surface of the relatively thick layer of semiconductor material 104'. Relatively thick, for example, using chemical processes (eg wet or dry chemical etching processes), mechanical processes (eg grinding or polishing processes), or by chemical-mechanical polishing (CMP) processes Material may be removed from the exposed major surface of the semiconductor material layer 104 ′. In some embodiments, this process may be performed at a temperature of about 400 ° C. or less, or even about 350 ° C. or less. However, in other embodiments, this process may be performed at higher temperatures.

또 다른 추가 실시예들에서, 상대적으로 얇은 반도체 물질층(104)은 전기 절연성 물질층(105)의 표면(107) 상에 인시튜로(in situ) 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 기판(100)은 전기 절연성 물질층(105)의 표면(107) 상에 실리콘, 폴리실리콘, 또는 비정질 실리콘(amorphous silicon)과 같은 반도체 물질을 바라는 두께로 증착함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 증착 공정은 약 400℃ 이하, 또는 심지어 약 350℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 얇은 반도체 물질층(104)을 형성하기 위한 저온 증착 공정은 종래에 공지된 바와 같은 플라즈마 강화 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition) 공정을 사용하여 수행될 수 있다. 그러나 다른 실시예들에서, 증착 공정은 보다 높은 온도에서 수행될 수 있다.In still another further embodiment, a relatively thin layer of semiconductor material 104 is in-situ on the surface 107 of the electrically insulating material layer (105) (in situ ) can be formed. For example, the substrate 100 of FIG. 1 may be formed by depositing a semiconductor material, such as silicon, polysilicon, or amorphous silicon, on the surface 107 of the electrically insulating material layer 105 to a desired thickness. Can be. In some embodiments, the deposition process may be performed at a temperature of about 400 ° C. or less, or even about 350 ° C. or less. For example, the low temperature deposition process for forming the relatively thin semiconductor material layer 104 may be performed using a plasma enhanced chemical vapor deposition process as is known in the art. However, in other embodiments, the deposition process may be performed at higher temperatures.

일부 실시예들에서, 도 1의 기판(100)은 상대적으로 작은 다이 레벨 구조(die level structure)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 기판(100)은 약 100 밀리미터 이상, 약 300 밀리미터 이상, 또는 심지어 약 400 밀리미터 이상의 평균 직경을 가진 상대적으로 보다 큰 웨이퍼를 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서는, 도 3의 개략적 도면에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 여러 영역들 안에 및 그 위에 복수의 가공 반도체 구조(processed semiconductor structure)(120)가 제조될 수 있다. 복수의 가공 반도체 구조(120)는 기판(100) 상에서 순서 어레이(ordered array) 또는 그리드 패턴(grid pattern)으로 정렬될 수 있다.In some embodiments, the substrate 100 of FIG. 1 may include a relatively small die level structure. In other embodiments, the substrate 100 may comprise a relatively larger wafer having an average diameter of at least about 100 millimeters, at least about 300 millimeters, or even at least about 400 millimeters. In such embodiments, as shown in the schematic diagram of FIG. 3, a plurality of processed semiconductor structures 120 may be fabricated in and on various regions of the substrate 100. The plurality of processed semiconductor structures 120 may be arranged in an ordered array or grid pattern on the substrate 100.

기판(100)을 사용하는 가공 반도체 구조(120)를 제조하기 위해 사용될 수 있는 방법의 예가 도 4 내지 5를 참조하여 이하에서 설명된다.Examples of methods that can be used to fabricate a processed semiconductor structure 120 using the substrate 100 are described below with reference to FIGS. 4-5.

도 4를 참조하면, 복수의 트랜지스터(122)는 가공 반도체 구조(120)(도 3)가 형성되는 영역에 대응하는 반도체 물질층(104)의 선택된 영역들 안에 그리고 그 위에 형성될 수 있다. 도 4에는 트랜지스터(122)가 개략적으로 도시되어 있다. 종래에 공지된 바와 같이, 각각의 트랜지스터(122)는 채널 영역에 의해 분리된, 소스 영역 및 드레인 영역을 포함할 수 있다. 상기 소스, 드레인 및 채널 영역은 반도체 물질층(104)에 형성될 수 있다. 게이트 구조는 소스 영역과 드레인 영역 사이의 채널 영역 위에서 수직으로 반도체 물질층(104) 위에 형성될 수 있다. 비록 단순성을 위해 도 4에서는 오로지 3 개의 트랜지스터(122)가 도시되어 있지만, 실제로는, 각각의 가공 반도체 구조(122)는 수천의, 수백만의, 또는 심지어 더 많은 트랜지스터(122)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, a plurality of transistors 122 may be formed in and over selected regions of the semiconductor material layer 104 corresponding to the regions where the processed semiconductor structure 120 (FIG. 3) is formed. 4 schematically shows a transistor 122. As is known in the art, each transistor 122 may include a source region and a drain region, separated by a channel region. The source, drain, and channel regions may be formed in the semiconductor material layer 104. The gate structure may be formed over the semiconductor material layer 104 vertically over the channel region between the source and drain regions. Although only three transistors 122 are shown in FIG. 4 for simplicity, in practice, each processed semiconductor structure 122 may include thousands, millions, or even more transistors 122. .

도 5를 참조하면, 제1 금속배선 층(first metallization layer)(124)은 전기 절연성 물질층(105) 반대편의 반도체 물질층(104)의 제1 측면 위에 형성될 수 있다. 제1 금속배선 층(124)은 복수의 전기 도전성 피처들(126)을 포함한다. 복수의 전기 도전성 피처들(126)은 하나 이상의 수직 연장된 도전성 비아들, 측방으로 연장된 도전성 트레이스들, 및 도전성 접촉 패드들을 포함할 수 있다. 도전성 피처들(126) 중 적어도 일부는 트랜지스터(122)의 소스 영역들, 드레인 영역들, 및 게이트 구조들과 같은 대응하는 피처들과 전기적으로 접촉할 수 있다. 도전성 피처들(126)은 금속으로 형성될 수 있고, 금속을 포함할 수 있다. 제1 금속배선 층(124)은 레이어-바이-레이어(layer-by-layer) 공정으로 형성될 수 있고, 이때 교번하는 금속층들 및 유전체 물질(125)이 도전성 피처들(126)을 형성하는 방식으로 증착 및 패턴화되며, 이들 피처들은 유전체 물질(125)에 내재되고 그것에 의해 둘러싸인다. 도전성 피처들(126)은 트랜지스터(122)의 다양한 능동 부품의 위치에서 그로부터 이격된 다른 위치까지 전기적 경로들(electrical pathways)을 루트(route)하거나 재분배(redistribute)하기 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 제1 금속배선 층(124)은 종래에 재분재층(RDL: redistribution layer)이라고 지칭되는 것을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, a first metallization layer 124 may be formed on the first side of the semiconductor material layer 104 opposite the electrically insulating material layer 105. The first metallization layer 124 includes a plurality of electrically conductive features 126. The plurality of electrically conductive features 126 may include one or more vertically extending conductive vias, laterally extending conductive traces, and conductive contact pads. At least some of the conductive features 126 may be in electrical contact with corresponding features, such as source regions, drain regions, and gate structures of the transistor 122. Conductive features 126 may be formed of metal and may include metal. The first metallization layer 124 can be formed by a layer-by-layer process, where alternating metal layers and dielectric material 125 form conductive features 126. Deposited and patterned, these features are inherent in and surrounded by dielectric material 125. Conductive features 126 may be used to route or redistribute electrical pathways from the location of various active components of transistor 122 to other locations spaced therefrom. Therefore, in some embodiments, the first metallization layer 124 may include what is conventionally referred to as a redistribution layer (RDL).

도 5의 실시예들에서, 도전성 피처들(126)은 트랜지스터들(122)이 형성되지 않은 기판(100) 영역들(통상 활성 영역이라고 지칭됨) 위의 제1 금속배선 층(124)에 형성되나, 어떠한 트랜지스터(122)도 포함하지 않은 다른 기판(100) 영역들(통상 비활성 영역이라고 지칭됨) 상에는 형성되지 않는다.In the embodiments of FIG. 5, conductive features 126 are formed in the first metallization layer 124 over regions of the substrate 100 where the transistors 122 are not formed (commonly referred to as active regions). However, it is not formed on other substrate 100 regions (commonly referred to as inactive regions) that do not contain any transistor 122.

도 6a 내지 6f는 도 6f에 도시된 접합 반도체 구조의 제조를 도시하며, 그 접합 반도체 구조는 기판(100)의 일부분에 의해 지지되는 2 개 이상의 가공 반도체 구조(예를 들어, 반도체 소자들)를 포함한다. 추가로, 상기 기판(100)의 일부분은 SeOI 기판(100)의 일부분을 통해 2 개 이상의 가공 반도체 구조들 사이에 직접적, 연속적 전기적 경로를 제공하기 위해 사용된다.6A-6F illustrate the fabrication of the junction semiconductor structure shown in FIG. 6F, which may comprise two or more fabricated semiconductor structures (eg, semiconductor elements) supported by a portion of the substrate 100. Include. In addition, a portion of the substrate 100 is used to provide a direct, continuous electrical path between two or more processing semiconductor structures through the portion of the SeOI substrate 100.

본 명세서의 실시예들의 방법들은 도 5의 가공 반도체 구조(120)를 이용할 수 있다.The methods of embodiments herein can use the fabricated semiconductor structure 120 of FIG. 5.

다음, 도 6a를 참조하면, 캐리어 기판(140)은 선택적으로, 도 5의 가공 반도체 구조의 제1 금속배선 층(124)의 노출된 주 표면(128)에 일시적으로 접합될 수 있다. 캐리어 기판(140)은 후속 제조 공정들 중에 가공 장비에의한 반도체 구조의 취급을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다.Next, referring to FIG. 6A, the carrier substrate 140 may optionally be temporarily bonded to the exposed major surface 128 of the first metallization layer 124 of the fabricated semiconductor structure of FIG. 5. The carrier substrate 140 may be used to facilitate handling of the semiconductor structure by the processing equipment during subsequent manufacturing processes.

캐리어 기판(140)을 제1 금속배선 층(124)에 접합시킨 후, 기판(100)의 베이스(106) 및 전기 절연성 물질층(105)을 제거하여 도 6b에 도시된 구조를 형성할 수 있다. 기판(100)의 베이스(106) 및 전기 절연성 물질층(105)은 예를 들어, 화학적 공정(예를 들어, 습식 또는 건식 화학적에칭 공정), 기계적 공정(예를 들어, 분쇄 또는 연마 공정)을 사용하여, 또는 화학적-기계적 연마(CMP) 공정에 의해 제거될 수 있다. After bonding the carrier substrate 140 to the first metallization layer 124, the base 106 and the electrically insulating material layer 105 of the substrate 100 may be removed to form the structure shown in FIG. 6B. . The base 106 and the electrically insulating material layer 105 of the substrate 100 may be subjected to, for example, chemical processes (eg, wet or dry chemical etching processes), mechanical processes (eg, grinding or polishing processes). May be removed using a chemical or mechanical polishing (CMP) process.

베이스(106) 및 전기 절연성 물질층(105)의 제거 후, 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들(through wafer interconnects)(130)가, 적어도 부분적으로 반도체 물질층(104)을 통해, 적어도 부분적으로는 유전체 물질(125)를 통해, 그리고 능동 소자 영역 내에 형성되어, 도 6c에 도시된 구조가 형성될 수 있다. 반도체 물질층(104)을 통하도록, 적어도 부분적으로는 유전체 물질(125)를 통하도록, 그리고 능동 소자 영역(active device area) 내에 배치되도록, 홀 또는 비아들을 에칭한 후, 홀 또는 비아들을 하나 이상의 전기 도전성 물질들(예를 들어, 구리 또는 구리 합금) 채움으로써, 또는 종래에 공지된 다른 방법에 의해, 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130)은 제1 금속배선 층(124)과 반도체 물질층(104)을 완전히 통과하여 캐리어 기판(140)에까지 연장되도록 형성될 수 있다. 캐리어 기판(140)은, 관통 웨이퍼 인터커넥트(130)를 형성하기 위해 하나 이상의 전기적 도전성 물질로 궁극적으로 채워지는 홀들 또는 비아들을 형성하는데 사용되는에칭 공정에서,에치-스톱층(etch-stop layer)으로 사용될 수 있다. 본 명세서의 일부 실시예들에서는, 전기적으로 도전성인 피처들(126)도 홀들 또는 비아들을 형성하기 위해 사용되는에칭 공정에서에치-스톱 층으로 작용할 수 있다는 것을 유념해야 한다.After removal of the base 106 and the electrically insulating material layer 105, a plurality of through wafer interconnects 130 are at least partially through the semiconductor material layer 104, at least partially in the dielectric material. Through 125 and in the active device region, the structure shown in FIG. 6C can be formed. After etching the holes or vias, through the semiconductor material layer 104, at least partially through the dielectric material 125, and disposed in the active device area, the holes or vias are removed. Through filling the electrically conductive materials (eg, copper or copper alloy), or by other methods known in the art, through wafer interconnects 130 may be formed. For example, one or more through wafer interconnects 130 may be formed to extend completely through the first metallization layer 124 and the semiconductor material layer 104 to the carrier substrate 140. The carrier substrate 140 serves as an etch-stop layer in an etching process used to form holes or vias that are ultimately filled with one or more electrically conductive materials to form the through wafer interconnect 130. Can be used. It should be noted that in some embodiments of the present disclosure, electrically conductive features 126 may also act as an etch-stop layer in the etching process used to form the holes or vias.

관통 웨이퍼 인터커넥트들(130)의 적어도 일부는 금속배선 층(126)의 도전성 피처들(126)과 접촉할 수 있으며, 따라서 트랜지스터들(122)의 하나 이상의 능동 소자 피처들과 전기적으로 접촉한다.At least a portion of the through wafer interconnects 130 may be in contact with the conductive features 126 of the metallization layer 126, and thus are in electrical contact with one or more active element features of the transistors 122.

예로써 그리고 비제한적으로, 하나 이상의 마스크 및 식각 공정이 홀들 또는 비아들을 형성하기 위해 사용될 수 있으며, 하나 이상의 무전해 도금 공정(electroless plating process) 및 전해질 도금 공정(electrolytic plating process)이 홀들 또는 비아들을 도전성 물질로 채우기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 홀들 또는 비아들을 형성하는 것과 그 홀들 또는 비아들을 전기적으로 도전성인 물질로 채우는 것을 포함하는, 관통 웨이퍼 인터커넥트(130)의 형성을 위해 사용되는 공정들 각각은, 약 400℃ 이하, 또는 심지어 약 350℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 그러나 다른 실시예들에서, 이러한 공정들은 보다 높은 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 관통 웨이퍼 인터커넥트들을 형성하는데 사용되는 백-엔드 오브 라인(BEOL: back-end of line) 공정에 구리가 이용될 수 있는 실시예들에서는, 온도가 대략 400℃를 초과하지 않을 것이고, 대안적으로는 관통 웨이퍼 인터커넥트를 형성하는데 사용되는 BEOL 공정에서 알루미늄이 이용될 수 있는 실시예들에서는, 온도가 대략 400℃를 초과할 수 있다.By way of example and not limitation, one or more masks and etching processes may be used to form the holes or vias, and one or more electroless plating process and electrolytic plating process may remove the holes or vias. Can be used to fill with conductive material. In some embodiments, each of the processes used for forming the through wafer interconnect 130, including forming holes or vias and filling the holes or vias with an electrically conductive material, are about 400 ° C. or less. Or even at a temperature of about 350 ° C. or less. However, in other embodiments, these processes may be performed at higher temperatures. For example, in embodiments in which copper may be used in the back-end of line (BEOL) process used to form through wafer interconnects, the temperature will not exceed approximately 400 ° C., Alternatively, in embodiments in which aluminum may be used in the BEOL process used to form the through wafer interconnect, the temperature may exceed approximately 400 ° C.

도 6d를 참조하면, 베이스(106) 및 전기 절연성 물질층(105)을 제거하고, 홀들 또는 비아들을 정의한 후, 제1 금속배선 층(124)이 형성된 반도체 물질층(104)의 제1 측면의 반대편에 있는 반도체 물질층(104)의 제2 측면 상에 제2 금속배선 층(154)이 형성될 수 있다. 도 6d의 도면은 도 6a 내지 6c의 도면에 대해 반전되어 있는데, 반도체 물질층(104)의 반대편 제2 측면 상에서의 제2 금속배선 층(154)의 형성을 용이하게 하기 위해 상기 구조가 반전되기 때문이다.Referring to FIG. 6D, after removing the base 106 and the electrically insulating material layer 105, defining holes or vias, the first side of the semiconductor material layer 104 having the first metallization layer 124 formed thereon. A second metallization layer 154 may be formed on the second side of the semiconductor material layer 104 opposite. The view of FIG. 6D is inverted relative to the view of FIGS. 6A-6C, in which the structure is reversed to facilitate formation of the second metallization layer 154 on the second side opposite the semiconductor material layer 104. Because.

제2 금속배선 층(154)은 제1 금속배선 층(124)과 유사하고, 복수의 전기적 도전성 피처들(156)을 포함한다. 복수의 전기적 도전성 피처들(156)은 하나 이상의 수직으로 연장된 도전성 비아들, 수평으로 연장된 도전성 트레이스들, 및 도전성 접촉 패드를 포함할 수 있다. 도전성 피처들(156)의 적어도 일부는 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130)과 전기적으로 접촉할 수 있으며, 따라서 제1 금속배선 층(124)의 도전성 피처들(126) 및 트랜지스터들(122)의 활성 영역들(예컨대 소스 영역들, 드레인 영역들, 및 게이트 구조들)과도 전기적으로 접촉할 수 있다. 도전성 피처들(156)은 금속으로 형성되고 금속을 포함할 수 있다. 제2 금속배선 층(154)은, 제1 금속배선 층(124)과 마찬가지로, 예를 들어 통상 공지된 다마신 공정(damascene process)을 통해, 레이어-바이-레이어(layer-by-layer) 공정으로 형성될 수 있으며, 이때 교번하는 금속층들 및 유전체 물질(125)이 도전성 피처들(156)을 형성하는 방식으로 증착 및 패턴화되며, 이들 피처들은 유전체 물질에 내재되고 그것에 의해 둘러싸인다. 도전성 피처들(156)은 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130)이 반도체 물질층(104)의 제2 측면을 통해 노출되는 지점들로부터 그로부터 이격된 다른 지점들로 전기적 경로들((electrical pathways))을 루트(route)하거나 재분배(redistribute)하기 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 제2 금속배선 층(154)은 종래에 재분재층(RDL: redistribution layer)이라고 지칭되는 것을 포함할 수 있다.The second metallization layer 154 is similar to the first metallization layer 124 and includes a plurality of electrically conductive features 156. The plurality of electrically conductive features 156 may include one or more vertically extending conductive vias, horizontally extending conductive traces, and conductive contact pads. At least a portion of the conductive features 156 may be in electrical contact with the through wafer interconnects 130, thus the conductive regions 126 and the active region of the transistors 122 of the first metallization layer 124. (Eg, source regions, drain regions, and gate structures) may also be in electrical contact. Conductive features 156 may be formed of metal and include metal. The second metallization layer 154, like the first metallization layer 124, is a layer-by-layer process, for example, via a commonly known damascene process. Alternating metal layers and dielectric material 125 are deposited and patterned in such a manner as to form conductive features 156, which are embedded in and surrounded by the dielectric material. Conductive features 156 route electrical pathways from the point where through wafer interconnects 130 are exposed through the second side of semiconductor material layer 104 to other points spaced therefrom. It can be used to route or redistribute. Therefore, in some embodiments, the second metallization layer 154 may include what is conventionally referred to as a redistribution layer (RDL).

추가적으로, 도 6d에 도시된 바와 같이, 제2 금속배선 층(154)의 도전성 피처들(156)의 일부는, 반도체 물질층(104)의 제2 측면 상에 노출된 2 개 이상의 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130)의 단부들 사이에서, 제2 금속배선 층(154)을 통한 직접적인 그리고 연속적인 전기적 연결을 제공할 수 있다.Additionally, as shown in FIG. 6D, some of the conductive features 156 of the second metallization layer 154 may have two or more through wafer interconnects exposed on the second side of the semiconductor material layer 104. Between the ends of 130, it may provide a direct and continuous electrical connection through the second metallization layer 154.

도 6e는 다시 한번 반전된 반도체 구조를 도시하며, 따라서 제2 금속배선 층(154)은 도 6d의 도면으로부터 반도체 구조의 바닥에 배치된다. 제2 금속배선 층(154)의 도전성 피처들(156)의 형성 이후, 제1 금속배선 층(124)의 일부 영역들에서 유전체 물질(125)이 제거될 수 있다. 제거되는 제1 금속배선 층(124)의 영역들은, 비활성 영역들 내의 즉, 어떠한 활성 소자들도 없는 영역들 내의 유전체 물질(125)을 포함할 수 있다. 유전체 물질(125)는, 예로써 건식에칭(예를 들어, 반응성 이온에칭) 또는 습식에칭과 같은에칭 공정을 통해 제거될 수 있다. 가공 반도체 구조의 비활성 영역에서 유전체 물질(125)을 제거하기 위해, 도 6d에 도시된 바와 같은 가공 구조(processed structure)는 캐리어 기판(140)으로부터 분리되어 추가 캐리어(미도시)에 부착될 수 있다. 추가 캐리어는 제2 금속배선 층(154)에 부착될 수 있다. 가공 반도체 구조의 비활성 영역으로부터 유전체 물질(125) 제거시, 제2 금속배선(154)의 비아들(156')은 도 6e에 도시된 바와 같이 노출된다. FIG. 6E shows the semiconductor structure inverted once again, so the second metallization layer 154 is disposed at the bottom of the semiconductor structure from the view of FIG. 6D. After formation of the conductive features 156 of the second metallization layer 154, the dielectric material 125 may be removed in some regions of the first metallization layer 124. Regions of the first metallization layer 124 that are removed may include dielectric material 125 in inactive regions, ie, regions without any active elements. Dielectric material 125 may be removed through an etching process such as, for example, dry etching (eg, reactive ion etching) or wet etching. To remove the dielectric material 125 in the inactive region of the processed semiconductor structure, a processed structure as shown in FIG. 6D may be detached from the carrier substrate 140 and attached to an additional carrier (not shown). . The additional carrier may be attached to the second metallization layer 154. Upon removal of dielectric material 125 from the inactive region of the fabricated semiconductor structure, vias 156 ′ of second metallization 154 are exposed as shown in FIG. 6E.

유전체 물질(125)의 일부를 제거하고 비아들(156')을 노출시킨 후, 도 6e의 가공 반도체 구조는 다이스된다(diced). 추가적으로, 다이(die)는 전기적으로 테스트될 수 있으며, 범프 기술을 이용하여 패키지 상에 KGD(known good die) 장착될 수 있다. 이어서, 활성 소자들 위에서(즉 활성 영역들 내에) 그리고 비활성 소자들 위에서(즉 비활성 영역들 내에), 도 6e의 인터포저(interposer) 상에는, 추가적인 다이(유사 또는 상이한 기능성을 이용하거나 유사 또는 상이한 기술을 사용하여 제조된 것)가 마이크로-범프 기술을 사용하여 적층될 수 있다.After removing a portion of dielectric material 125 and exposing vias 156 ', the fabricated semiconductor structure of FIG. 6E is diced. In addition, the die can be electrically tested and mounted on a package with a known good die (KGD) using bump technology. Subsequently, on the interposer of FIG. 6E, above the active elements (ie within the active regions) and above the inactive elements (ie within the inactive regions), an additional die (such as using similar or different functionality or similar or different techniques). Manufactured using C) can be laminated using micro-bump technology.

본 명세서의 실시예들에서 사용되는 바와 같은 SOI(silicon-on-insulator) 인터포저는, 비용 효율적인 방식으로, 인터포저와 소자 패키지 사이의 전기적 라우팅(electrical routing)을 매칭시키는데 통상 필요한 팬-아웃(fan-out)(또는 redistribution) 층들을 제공하는 것을 돕는다는 점을 유념해야 한다. 대안적으로는, 소자 라우팅에 매칭시키기 위해 패키지 라우팅(package routing)을 수축(shrinking)시키는 일반적인 방법은 소자 패키지에 상당한 비용을 추가시킨다. 그러므로, SOI 인터포저는, 동일한 전기적 라우팅(electrical routing)을 통해 패키지에 적층되고 연결되는 유사 또는 상이한 기술들로부터, 추가 다이(또는 추가의 다이 더미)를 가질 수 있는 비활성 영역들을 제공한다.Silicon-on-insulator (SOI) interposers, as used in embodiments herein, provide a fan-out, typically required to match the electrical routing between the interposer and the device package, in a cost-effective manner. Note that it helps to provide fan-out (or redistribution) layers. Alternatively, the general method of shrinking package routing to match device routing adds significant cost to device packages. Therefore, an SOI interposer provides inactive regions that may have additional dies (or additional die piles) from similar or different technologies that are stacked and connected to a package through the same electrical routing.

따라서, 보다 상세하게, 공정 중의 이러한 단계에서는, 도 6e에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 가공 반도체 구조(120)가 인 시튜로(in situ) 기판(100)의 반도체 물질층(104)(즉, 기판(100)의 잔여 부분) 안에 그리고 그 위에 형성될 수 있다. 이러한 가공 반도체 구조들(120)은 반도체 물질층(104)에 의해 지지될 수 있다. 하나 이상의 가공 반도체 구조들(120)은, 예로써, 전자 신호 프로세서들, 전자 메모리 소자들, 및/또는 광전자 소자들(예를 들어, 발광 다이오드, 레이저 발광 다이오드, 태양 전지 등)을 포함할 수 있다.Thus, as more particularly, in this step of the process, the one or more semiconductor processing structure 120. As shown in Figure 6e in situ (in situ ) may be formed in and on the semiconductor material layer 104 (ie, the remaining portion of the substrate 100) of the substrate 100. Such fabricated semiconductor structures 120 may be supported by a semiconductor material layer 104. One or more processing semiconductor structures 120 may include, for example, electronic signal processors, electronic memory devices, and / or optoelectronic devices (eg, light emitting diodes, laser light emitting diodes, solar cells, etc.). have.

도 6f를 참조하면, 가공 반도체 구조(160A) 및 가공 반도체 구조(160B)와 같은 하나 이상의 추가적인 가공 반도체 구조들이 반도체 물질층(104)의 제1 측면 상에서 관통 웨이퍼 인터커넥트(130) 및 비아들(156')의 노출 단부들에 구조 및 전기적으로 결합됨으로써 도 6f에 도시된 접합 반도체 구조가 형성될 수 있다. 추가적인 가공 반도체 구조들(160A, 160B)은, 반도체 물질층(104) 안에 그리고 그 위에 인시튜로(in situ) 형성된 가공 반도체 구조(120)와 공통의 측면 상에 있는 반도체 물질층(104)에 의해, 지지될 수 있다.Referring to FIG. 6F, one or more additional fabricated semiconductor structures, such as fabricated semiconductor structure 160A and fabricated semiconductor structure 160B, are formed on the first side of semiconductor material layer 104 and through wafer interconnect 130 and vias 156. The bonded semiconductor structure shown in FIG. 6F can be formed by structurally and electrically coupling to the exposed ends of '). Additional processing semiconductor structure (160A, 160B) is in the layer of semiconductor material 104 and in-situ thereon (in situ ) and may be supported by a layer of semiconductor material 104 that is on a side in common with the formed semiconductor structure 120.

추가적인 가공 반도체 구조들(160A, 160B) 각각은 전자 신호 프로세서, 전자 메모리 소자, 및/또는 광전자 소자(예를 들어, 발광 다이오드, 레이저 발광 다이오드, 태양 전지, 등)와 같은 반도체 소자를 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서, 인시튜로 형성된 가공 반도체 구조(120)는 전자 신호 프로세서 소자(electronic signal processor device)를 포함할 수 있고, 추가적인 가공 반도체 구조들(160A, 160B) 각각은 전자 메모리 소자, 발광 다이오드, 레이저 발광 다이오드, 및 태양 전지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Each of the additional processed semiconductor structures 160A, 160B may comprise a semiconductor device, such as an electronic signal processor, an electronic memory device, and / or an optoelectronic device (eg, a light emitting diode, a laser light emitting diode, a solar cell, etc.). have. As a non-limiting example, the processed semiconductor structure 120 formed in situ may include an electronic signal processor device, and each of the additional processed semiconductor structures 160A, 160B may be an electronic memory device, a light emitting device. And at least one of a diode, a laser light emitting diode, and a solar cell.

일부 실시예들에서, 추가적인 가공 반도체 구조들(160A, 160B)의 도전성 피처들, 예컨대 도전성 패드는, 종래에 공지된 바와 같이, 예로써 도전성 솔더 마이크로-범프(볼)(162)를 사용하여 각각의 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130) 및 비아들(156')에 구조적으로 그리고 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 추가적인 가공 반도체 구조(160A, 160B)는 전술한 본 명세서의 방법들에 의해 제조되는 바와 같은 인터포저들 및 전기적 라우팅 구조들(electrical routing structures)을 포함할 수 있다.In some embodiments, conductive features, such as conductive pads, of additional fabricated semiconductor structures 160A, 160B are each using conductive solder micro-bumps (balls) 162, for example, as is known in the art. May be structurally and electrically connected to through wafer interconnects 130 and vias 156 ′. In addition, additional fabricated semiconductor structures 160A, 160B may include interposers and electrical routing structures as manufactured by the methods herein described above.

추가적인 가공 반도체 구조들(160A, 160B)을 관통 웨이퍼 인터커넥트(130) 및 비아들(156')에 전기적으로 연결시킴으로써 하나 이상의 전기적 경로들이 제공될 수 있으며, 이들 경로들은, 제1 금속배선 층(124), 기판(100)의 잔여 부분(즉, 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130) 및 비아들(156')을 지나 반도체 물질층(104)을 통함), 및 가공 반도체 구조(120)와 각각의 추가적인 가공 반도체 구조(160A, 160B) 사이의 제2 금속배선 층(154)을, 연속하여 통하도록 연장된다. 이러한 전기적 경로들은 가공 반도체 구조들(120, 160A, 160B) 사이에서 전자 신호들 및/또는 전력을 전달하기 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 가공 반도체 구조들(120, 160A, 160B)은 단일 반도체 패키지 소자로서 함께 작동하도록 설계 및 구성될 수 있다.One or more electrical paths may be provided by electrically connecting additional fabricated semiconductor structures 160A, 160B to through wafer interconnect 130 and vias 156 ′, which paths may include first metallization layer 124. ), The remaining portion of the substrate 100 (ie, through the semiconductor material layer 104 past the through wafer interconnects 130 and vias 156 ′), and the processing semiconductor structure 120 and each additional processing. The second metallization layer 154 between the semiconductor structures 160A and 160B extends through the continuous structure. Such electrical paths may be used to transfer electronic signals and / or power between the processing semiconductor structures 120, 160A, 160B. Therefore, the process semiconductor structures 120, 160A, 160B can be designed and configured to work together as a single semiconductor package device.

도 6f에 또한 도시된 바와 같이, 제2 금속배선 층(154)의 도전성 피처들(156)은 다른 기판(170)과 같은, 보다 높은 레벨의 다른 구조의 도전성 피처들에 구조적으로 그리고 전기적으로 연결될 수 있다. 기판(170)은 예로써 유기 인쇄 회로 보드(organic printed circuit board)를 포함할 수 있으며, 패키지 레벨 기판을 포함할 수 있다. 제2 금속배선 층(154)의 도전성 피처들(156)은, 종래에 공지된 바와 같이, 예로써 도전성 솔더 범프(볼)(172)를 사용하여 기판(170)의 도전성 피처들에 구조적으로 그리고 전기적으로 연결될 수 있다. 가공 반도체 구조(120, 160A, 160B) 사이에는 제1 금속배선 층(124), 관통 웨이퍼 인터커넥트(130), 및 제2 금속배선 층(154)을 통해 추가 기판(170)의 도전성 피처들로 이어지는 전기적 경로들이 또한 제공될 수 있고, 이러한 추가적인 전기적 경로들 또한 그것들 사이에서 전력 및/또는 전기 신호를 수송하는데 또한 사용될 수 있다.As also shown in FIG. 6F, the conductive features 156 of the second metallization layer 154 may be structurally and electrically connected to other features of higher structure, such as another substrate 170. Can be. The substrate 170 may include, for example, an organic printed circuit board, and may include a package level substrate. The conductive features 156 of the second metallization layer 154 are structurally and electrically connected to the conductive features of the substrate 170 using, for example, conductive solder bumps (balls) 172, as is known in the art. Can be electrically connected. Between the processing semiconductor structures 120, 160A, 160B, the first metallization layer 124, the through wafer interconnect 130, and the second metallization layer 154 lead to the conductive features of the additional substrate 170. Electrical paths may also be provided, and these additional electrical paths may also be used to transport power and / or electrical signals between them.

도 7a 내지 7f는 도 6a 내지 6f의 유사 도면들로서, 도 5의 구조에 의해 지지되는 2 개 이상의 가공 반도체 구조들을 포함하는 접합 반도체 구조를 형성하기 위해 사용될 수 있는 본 명세서의 방법들의 추가 실시예들을 도시하기 위해 사용된다. 그러나 도 7a 내지 7f의 실시예들에서, 기판(100)의 전기 절연성 물질층(105)은, 도 6a 내지 6f의 실시예들에서와 같이, 공정 도중 제거되지 않는다. 도 7a 내지 7f의 방법 공정들은 도 6a 내지 6f와 관련하여 전술한 방법들과 대략적으로 동일하며, 앞서 기재된 상세한 설명들을 하기에서 반복하지 않는다.7A-7F are similar views of FIGS. 6A-6F, illustrating additional embodiments of the methods herein that may be used to form a junction semiconductor structure including two or more fabricated semiconductor structures supported by the structure of FIG. 5. Used to illustrate. However, in the embodiments of FIGS. 7A-7F, the electrically insulating material layer 105 of the substrate 100 is not removed during processing, as in the embodiments of FIGS. 6A-6F. The method processes of FIGS. 7A-7F are approximately identical to the methods described above with respect to FIGS. 6A-6F, and the detailed descriptions described above are not repeated below.

본 명세서의 추가 실시예들의 방법들은 도 7a에 도시된 바와 같은 가공 반도체 구조(120)를 다시 이용할 수 있다.The methods of further embodiments herein may again utilize the processed semiconductor structure 120 as shown in FIG. 7A.

도 7b에 도시된 바와 같이, 캐리어 기판(140)은 선택적으로, 제1 금속배선 층(124)의 노출된 주 표면(128)에 일시적으로 접합될 수 있다. 캐리어 기판(140)을 제1 금속배선 층(124)에 접합시킨 후, 반도체 물질층(104) 및 전기 절연성 물질층(105)을 남기고, 기판(100)의 베이스(106)가 구조로부터 제거될 수 있다. 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트(130)가, 제1 금속배선 층(124)을 통하고, 반도체 물질층(104)을 통하며, 및 또한 전기 절연성 물질층(105)을 통하도록 형성됨으로써, 도 7c에 도시된 구조가 형성될 수 있다. 이러한 방법들에서, 캐리어 기판(140)은, 관통 웨이퍼 인터커넥트(130)를 형성하기 위해 하나 이상의 전기 도전성 물질로 최종적으로 충진되는 홀들 또는 비아들을 형성하는데 사용되는 에칭 공정에서, 에치-스톱 층으로서 사용될 수 있다. As shown in FIG. 7B, the carrier substrate 140 may optionally be temporarily bonded to the exposed major surface 128 of the first metallization layer 124. After bonding the carrier substrate 140 to the first metallization layer 124, the base 106 of the substrate 100 is removed from the structure, leaving behind the semiconductor material layer 104 and the electrically insulating material layer 105. Can be. A plurality of through wafer interconnects 130 are formed through the first metallization layer 124, through the semiconductor material layer 104, and also through the electrically insulating material layer 105, thereby providing a method of FIG. 7C. The illustrated structure can be formed. In such methods, the carrier substrate 140 may be used as an etch-stop layer in an etching process used to form holes or vias that are finally filled with one or more electrically conductive materials to form the through wafer interconnect 130. Can be.

도 7d를 참조하면, 제2 금속배선 층(154)은 제1 금속배선 층(124)이 형성된 반도체 물질층(104)의 제1 측면의 반대편 제2 측면 상에 형성될 수 있다. 다시 말해서, 제2 금속배선 층(154)은 전기 절연성 물질층(105) 위에 형성될 수 있다. 도 7d의 도면은 도 7a 내지 7c의 도면에 대해 반전되며, 이는 제2 금속배선 층(154)의 형성을 용이하게 하기 위해 구조가 반전될 수 있기 때문이다. 제2 금속배선 층(154)은 제1 금속배선 층(124)과 유사하고, 본 명세서에서 전술한 바와 같은 복수의 전기 도전성 피처들(156)을 포함한다.Referring to FIG. 7D, the second metallization layer 154 may be formed on the second side opposite to the first side of the semiconductor material layer 104 on which the first metallization layer 124 is formed. In other words, the second metallization layer 154 may be formed over the electrically insulating material layer 105. The view of FIG. 7D is reversed relative to the view of FIGS. 7A-7C because the structure may be reversed to facilitate the formation of the second metallization layer 154. The second metallization layer 154 is similar to the first metallization layer 124 and includes a plurality of electrically conductive features 156 as described herein above.

도 7e는 다시 한번 반전된 반도체 구조를 도시하며, 따라서 제2 금속배선 층(154)은 도 7e의 도면에서 반도체 구조의 바닥에 배치된다. 도 7e에 도시된 바와 같이, 제1 금속배선 층(124)의 일부분들 및 캐리어 기판(140)이 제거될 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터들(122)을 포함하지 않는 반도체 물질층(104)의 영역들 상에 있는 제1 금속배선 층(124)의 영역들이 제거될 수 있다(즉, 가공 반도체 구조의 비활성 영역들로부터 유전체 물질(125)이 제거됨). 유전체 물질(125)은, 예를 들어, 건식에칭(예를 들어, 반응성 이온 에칭) 또는 습식 에칭과 같은 에칭 공정을 통해 제거될 수 있다. 가공 반도체 구조의 비활성 영역들에서 유전체 물질(125)을 제거하기 위해, 도 7d에 도시된 바와 같은 가공 구조는 캐리어 기판(140)으로부터 분리되어 추가 캐리어(미도시)에 부착될 수 있다. 추가 캐리어는 제2 금속배선 층(154)에 부착될 수 있다. 도 7e에 도시된 바와 같이, 가공 반도체 구조의 비활성 영역들로부터 유전체 물질(125) 제거시, 제2 금속배선(154)의 비아들(156')은 노출된다.FIG. 7E shows the semiconductor structure inverted once again, so that the second metallization layer 154 is disposed at the bottom of the semiconductor structure in the view of FIG. 7E. As shown in FIG. 7E, portions of the first metallization layer 124 and the carrier substrate 140 may be removed. For example, regions of the first metallization layer 124 on regions of the semiconductor material layer 104 that do not include the transistors 122 may be removed (ie, inactive regions of the fabricated semiconductor structure). Dielectric material 125 is removed). Dielectric material 125 may be removed, for example, through an etching process such as dry etching (eg, reactive ion etching) or wet etching. To remove the dielectric material 125 in the inactive regions of the fabricated semiconductor structure, the fabricated structure as shown in FIG. 7D may be detached from the carrier substrate 140 and attached to an additional carrier (not shown). The additional carrier may be attached to the second metallization layer 154. As shown in FIG. 7E, upon removal of dielectric material 125 from inactive regions of the fabricated semiconductor structure, vias 156 ′ of second metallization 154 are exposed.

이러한 공정 단계에서, 하나 이상의 가공 반도체 구조(120)는 인시튜로(in situ) 기판(100)의 잔여부의 반도체 물질층(104) 위에 그리고 그 안에 형성될 수 있다. 도 7e의 가공 반도체 구조는 다이스(dice) 되어질 수 있다(그리고 캐리어가 제거됨). 또한, 다이(die)는 전기적으로 테스트될 수 있고, 범프 기술을 활용하여 패키지 상에 KGD(known good die) 장착될 수 있다. 이어서, 활성 소자들 위에서(즉 활성 영역들에) 그리고 비활성 소자들 위에서(즉 비활성 영역들에), 마이크로-범프 기술을 사용하여 7e의 인터포저의 상단부에 추가적인 다이(유사 또는 상이한 기능성을 이용하거나 유사 또는 상이한 기술을 사용하여 제조됨)가 적층될 수 있다.In this process step, the one or more fabricated semiconductor structures 120 are in situ ( in situ ) over and in the semiconductor material layer 104 of the remainder of the substrate 100. The processed semiconductor structure of FIG. 7E can be diced (and the carrier removed). In addition, the die can be electrically tested and mounted on a package with a known good die (KGD) utilizing bump technology. Then, on top of the active elements (i.e. in the active regions) and on the inactive elements (i.e. in the inactive regions), use an additional die (like or different functionality) on top of the interposer of 7e using micro-bump technology or Manufactured using similar or different techniques) can be laminated.

도 7f를 참조하면, 가공 반도체 구조(160A) 및 가공 반도체 구조(160B)와 같은 하나 이상의 추가적인 가공 반도체 구조가, 반도체 물질층(104)의 제1 측면 상에서 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130) 및 비아들(156')의 노출 단부들과 구조적으로 그리고 전기적으로 연결되어, 도 7f에 도시된 접합 반도체 구조를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7F, one or more additional fabricated semiconductor structures, such as fabricated semiconductor structure 160A and fabricated semiconductor structure 160B, may be provided with through wafer interconnects 130 and vias on the first side of semiconductor material layer 104. Structurally and electrically coupled with the exposed ends of 156 ′, the junction semiconductor structure shown in FIG. 7F may be formed.

추가적인 가공 반도체 구조들(160A, 160B)을 관통 웨이퍼 인터커넥트(130) 및 비아들(156')에 전기적으로 연결시킴으로써 하나 이상의 전기적 경로들이 제공될 수 있으며, 이들 경로들은, 제1 금속배선 층(124), 기판(100)의 잔여 부분(즉, 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130) 및 비아들(156)을 지나 반도체 물질층(104) 전기 절연성 물질층(105)을 통함), 및 가공 반도체 구조(120)와 각각의 추가적인 가공 반도체 구조(160A, 160B) 사이의 제2 금속배선 층(154)을, 연속하여 통하도록 연장된다. 이러한 전기적 경로들은 가공 반도체 구조들(120, 160A, 160B) 사이에서 전자 신호들 및/또는 전력을 전달하기 위해 사용될 수 있다.One or more electrical paths may be provided by electrically connecting additional fabricated semiconductor structures 160A, 160B to through wafer interconnect 130 and vias 156 ′, which paths may include first metallization layer 124. ), The remaining portion of the substrate 100 (ie, through the through wafer interconnects 130 and vias 156, through the semiconductor material layer 104, the electrically insulating material layer 105), and the fabricated semiconductor structure 120 ) And a second metallization layer 154 between each additional fabricated semiconductor structure 160A, 160B. Such electrical paths may be used to transfer electronic signals and / or power between the processing semiconductor structures 120, 160A, 160B.

도 7f에 또한 도시된 바와 같이, 제2 금속배선 층(154)의 도전성 피처들(156)은 다른 기판(170)과 같은, 보다 높은 레벨의 다른 구조의 도전성 피처들에 구조적으로 그리고 전기적으로 연결될 수 있다. 가공 반도체 구조(120, 160A, 160B) 사이에는 제1 금속배선 층(124), 관통 웨이퍼 인터커넥트(130), 및 제2 금속배선 층(154)을 통해 추가 기판(170)의 도전성 피처들로 이어지는 전기적 경로들이 또한 제공될 수 있고, 이러한 추가적인 전기적 경로들 또한 그것들 사이에서 전력 및/또는 전기 신호를 수송하는데 또한 사용될 수 있다.As also shown in FIG. 7F, the conductive features 156 of the second metallization layer 154 may be structurally and electrically connected to higher-level conductive structures, such as another substrate 170. Can be. Between the processing semiconductor structures 120, 160A, 160B, the first metallization layer 124, the through wafer interconnect 130, and the second metallization layer 154 lead to the conductive features of the additional substrate 170. Electrical paths may also be provided, and these additional electrical paths may also be used to transport power and / or electrical signals between them.

본 명세서의 방법들에 대한 또 다른 추가 실시예들에서, 제1 금속배선 층(124)은 가공 반도체 구조가 인시튜로(in situ) 형성될 영역들에 대응하지 않는 영역들에 있는 추가적인 도전성 피처들(126)을 포함할 수 있으며, 그러한 제1 금속배선 층의 영역들은 공정 도중 제거되지 않을 수 있다. In still further embodiments of the methods herein, the first metallization layer 124 may be an additional conductive feature in regions where the processing semiconductor structure does not correspond to the regions to be formed in situ. And 126, and regions of such a first metallization layer may not be removed during the process.

예를 들어, 도 8은 도 5의 유사도로서, 전기 절연성 물질층(105) 반대편에 있는 반도체 물질층(104)의 제1 측면 상에 형성될 수 있는 제1 금속배선 층(124')을 도시한다. 도 8의 실시예들에서, 도전성 피처들(126)은 트랜지스터들(122)이 형성된 기판(100) 영역들 위의 제1 금속배선 층(124)에 형성되며, 추가 도전성 피처들(126)이 트랜지스터들(122)을 포함하지 않는 기판(100)의 다른 영역들 상에 형성된다.For example, FIG. 8 is a view similar to that of FIG. 5, illustrating a first metallization layer 124 ′ that can be formed on a first side of the semiconductor material layer 104 opposite the electrically insulating material layer 105. do. In the embodiments of FIG. 8, conductive features 126 are formed in the first metallization layer 124 over the regions of the substrate 100 where the transistors 122 are formed, and additional conductive features 126 are formed. Formed on other regions of the substrate 100 that do not include the transistors 122.

도 9a 내지 9f는 도 6a 내지 6f를 참조하여 전술한 것들과 유사한 접합 반도체를 형성하나, 도 5에 도시된 구조 대신에 제1 금속배선 층(124')을 포함하는 도 8에 도시된 구조를 이용하는 방법을 도시한다. 도 9a 내지 9f의 방법 공정들은 도 6a 내지 6f와 관련하여 전술한 방법 공정들과 대략적으로 유사하며, 앞서 기재한 상세한 설명들은 하기에서 반복하지 않는다.9A-9F form a junction semiconductor similar to those described above with reference to FIGS. 6A-6F, but with the structure shown in FIG. 8 including a first metallization layer 124 ′ instead of the structure shown in FIG. 5. The method of use is shown. The method processes of FIGS. 9A-9F are approximately similar to the method processes described above with respect to FIGS. 6A-6F, and the foregoing detailed descriptions are not repeated below.

도 9a를 참조하면, 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130)은 제1 금속배선 층(124') 및 반도체 물질층(104) 각각을 통해 전기 절연성 물질층(105)에 이르도록 형성될 수 있다. 이러한 방법들에서, 전기 절연성 물질층(105)은 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130)을 형성하기 위해 하나 이상의 전기 도전성 물질로 최종적으로 충진되는 홀들 또는 비아들을 형성하는데 사용되는 에칭 공정에서, 에치-스톱 층으로서 사용될 수 있다.9A, a plurality of through wafer interconnects 130 may be formed to reach the electrically insulating material layer 105 through each of the first metallization layer 124 ′ and the semiconductor material layer 104. In these methods, the electrically insulating material layer 105 is an etch-stop layer in an etching process used to form holes or vias that are finally filled with one or more electrically conductive materials to form the through wafer interconnects 130. Can be used as.

도 9b에 도시된 바와 같이, 캐리어 기판(140)은 선택적으로, 제1 금속배선 층(124') 및 반도체 물질층(104)을 통하는 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130)을 형성한 후 제1 금속배선 층(124')의 노출된 주 표면(128)에 일시적으로 접합될 수 있다. 캐리어 기판(140)을 제1 금속배선 층(124')에 접합시킨 후, 반도체 물질층(104)을 남기고 기판(100)의 베이스(106) 및 전기 절연성 물질층(105)이 구조로부터 제거되어, 도 9c에 도시된 구조가 형성될 수 있다.As shown in FIG. 9B, the carrier substrate 140 optionally includes a first metallization after forming through wafer interconnects 130 through the first metallization layer 124 ′ and the semiconductor material layer 104. It may be temporarily bonded to the exposed major surface 128 of layer 124 ′. After bonding the carrier substrate 140 to the first metallization layer 124 ′, the base 106 and the electrically insulating material layer 105 of the substrate 100 are removed from the structure leaving the semiconductor material layer 104. The structure shown in FIG. 9C may be formed.

도 9c에 도시된 바와 같은 반도체 구조는 대안적으로는, 캐리어 기판에 도 8의 반도체 구조를 장착하고 1 회 이상의 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)을 통해 반도체 물질(104) 및 전기 절연성 물질층(105)을 제거함으로써, 제조될 수도 있음을 유념해야 한다. 후속 공정들은 반도체 층(104)을 통하여 제1 금속배선 층(124') 안으로 이어지는 관통 웨이퍼 인터커넥션들(130)을 정의한다.The semiconductor structure as shown in FIG. 9C may alternatively be mounted to the carrier substrate with the semiconductor structure of FIG. 8 and through one or more grinding and polishing layers of the semiconductor material 104 and the electrically insulating material layer. It should be noted that by removing 105, it may be manufactured. Subsequent processes define through wafer interconnections 130 that lead through the semiconductor layer 104 into the first metallization layer 124 ′.

도 9d를 참조하면, 제2 금속배선 층(154)은 제1 금속배선 층(124')이 형성된 반도체 물질층(104)의 제1 측면의 반대편 제2 측면 위에 형성될 수 있다. 도 9d의 도면은 도 9a 내지 9c의 도면에 대해 반전되며, 이는 제2 금속배선 층(154)의 형성을 용이하게 하기 위해 구조가 반전될 수 있기 때문이다. 제2 금속배선 층(154)은 제1 금속배선 층(124)과 유사하고, 본 명세서에서 전술한 바와 같은 복수의 전기 도전성 피처들(156)을 포함한다.Referring to FIG. 9D, the second metallization layer 154 may be formed on the second side opposite to the first side of the semiconductor material layer 104 on which the first metallization layer 124 ′ is formed. The view of FIG. 9D is reversed relative to the view of FIGS. 9A-9C because the structure can be reversed to facilitate the formation of the second metallization layer 154. The second metallization layer 154 is similar to the first metallization layer 124 and includes a plurality of electrically conductive features 156 as described herein above.

도 9e는 다시 한번 반전된 반도체 구조를 도시하며, 따라서 제2 금속배선 층(154)은 도 9e의 도면에서 반도체 구조의 바닥에 배치된다. 도 9e에 도시된 바와 같이, 캐리어 기판(140)은 제거될 수 있다. 그러나, 트랜지스터들(122)을 포함하지 않는 반도체 물질층(104)의 영역들과 위에 있는 제1 금속배선 층(124')의 영역들은 전술한 실시예들에서와 같이 제거되지 않을 것이다. 이러한 공정 단계에서, 하나 이상의 가공 반도체 구조(120)은 기판(100)의 잔여부의 반도체 물질층(104) 위에 그리고 그 안에 인시튜로(in situ) 형성될 수 있다.FIG. 9E shows the semiconductor structure inverted once again, so that the second metallization layer 154 is disposed at the bottom of the semiconductor structure in the view of FIG. 9E. As shown in FIG. 9E, the carrier substrate 140 may be removed. However, regions of the semiconductor material layer 104 that do not include the transistors 122 and regions of the first metallization layer 124 ′ above are not to be removed as in the above-described embodiments. In this process step, on one or more processed semiconductor structure 120, semiconductor material layer 104 of the remainder of the substrate 100 and in the in-situ (in situ ) can be formed.

이러한 공정 단계에서, 도 9e의 가공 반도체 구조는 다이스(dice) 되어질 수 있다(그리고 캐리어가 제거됨). 또한, 다이(die)는 전기적으로 테스트될 수 있고, 범프 기술을 활용하여 패키지 상에 KGD(known good die) 장착될 수 있다. 이어서, 활성 소자들 위에서(즉 활성 영역들에) 그리고 비활성 소자들 위에서(즉 비활성 영역들에), 마이크로-범프 기술을 사용하여 9e의 인터포저의 상단부에 추가적인 다이(유사 또는 상이한 기능성을 이용하거나 유사 또는 상이한 기술을 사용하여 제조됨)가 적층될 수 있다.In this process step, the fabricated semiconductor structure of FIG. 9E can be diced (and the carrier removed). In addition, the die can be electrically tested and mounted on a package with a known good die (KGD) utilizing bump technology. Then, on top of the active elements (i.e. in the active regions) and on the inactive elements (i.e. in the inactive regions), use an additional die (like or different functionality) on top of the interposer of 9e using micro-bump technology Manufactured using similar or different techniques) can be laminated.

그러므로, 더욱 상세히는, 도 9f를 참조하면, 가공 반도체 구조(160A), 가공 반도체 구조(160B), 및 가공 반도체 구조(160C)와 같은 하나 이상의 추가적인 가공 반도체 구조가, 제1 금속배선 층(124')의 노출된 주 표면에서 관통 웨이퍼 인터커넥트(130)의 노출된 단부들에 구조적으로 그리고 전기적으로 연결되어, 도 9f에 도시된 접합 반도체 구조를 형성할 수 있다. 추가적인 가공 반도체 구조(160C)는 추가적인 가공 반도체 구조(160A, 160B)와 관련하여 이전에 언급된 가공 반도체 구조의 임의의 유형을 포함할 수 있다. 그러므로, 구성된, 전기적 경로들은, 제1 금속배선 층(124'), 관통 웨이퍼 인터커넥트(130), 및 제2 금속배선 층(154)을 통하도록 가공 반도체 구조(120, 160A, 160B, 160C) 사이에 제공될 수 있으며, 여기서 전기적 경로들은 이들 사이에서 전력 및/또는 전기 신호를 수송하기 위해 사용될 수 있다.Therefore, in more detail, referring to FIG. 9F, one or more additional fabricated semiconductor structures, such as fabricated semiconductor structure 160A, fabricated semiconductor structure 160B, and fabricated semiconductor structure 160C, may include first metallization layer 124. Structurally and electrically connected to the exposed ends of the through wafer interconnect 130 at the exposed major surface of '), to form the bonded semiconductor structure shown in FIG. 9F. The further processed semiconductor structure 160C may include any type of processed semiconductor structure previously mentioned with respect to the further processed semiconductor structures 160A, 160B. Thus, the configured electrical paths between the processing semiconductor structure 120, 160A, 160B, 160C through the first metallization layer 124 ′, through wafer interconnect 130, and the second metallization layer 154. Electrical paths may be used to transport power and / or electrical signals therebetween.

또한 도 9f 도시된 바와 같이, 제2 금속배선 층(154)의 도전성 피처들(156)은 다른 기판(170)과 같은 보다 높은 레벨의 다른 구조의 도전성 피처들에 구조적으로 그리고 전기적으로 연결될 수 있다. 가공 반도체 구조(120, 160A, 160B, 160C) 사이에는 제1 금속배선 층(124'), 관통 웨이퍼 인터커넥트(130), 및 제2 금속배선 층(154)을 통해 추가 기판(170)의 도전성 피처들로 이어지는 전기적 경로들이 또한 제공될 수 있고, 이러한 추가적인 전기적 경로들 또한 그것들 사이에서 전력 및/또는 전기 신호를 수송하는데 또한 사용될 수 있다.Also, as shown in FIG. 9F, the conductive features 156 of the second metallization layer 154 may be structurally and electrically connected to higher-level conductive structures such as other substrates 170. . Conductive features of the additional substrate 170 through the first metallization layer 124 ′, through wafer interconnect 130, and second metallization layer 154 between the fabricated semiconductor structures 120, 160A, 160B, 160C. Electrical paths leading to them may also be provided, and these additional electrical paths may also be used to transport power and / or electrical signals between them.

도 10a 내지 10f는 도 7a 내지 7f를 참조하여 전술한 것과 유사한 접합 반도체를 형성하나, 도 5에 도시된 구조 대신에 제1 금속배선 층(124')을 포함하는 도 8에 도시된 구조를 이용하는 방법을 도시한다. 도 10a 내지 10f의 방법 공정들은 도 6a 내지 6f 및 7a 내지 7f와 관련하여 전술한 방법 공정들과 대략적으로 유사하고, 앞서 기재된 상세한 설명들을 하기에서 반복하지 않는다.10A through 10F form a junction semiconductor similar to that described above with reference to FIGS. 7A through 7F, but using the structure shown in FIG. 8 including a first metallization layer 124 ′ instead of the structure shown in FIG. 5. Shows the method. The method processes of FIGS. 10A-10F are approximately similar to the method processes described above with respect to FIGS. 6A-6F and 7A-7F, and the detailed descriptions described above are not repeated below.

도 10a를 참조하면, 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130)은 제1 금속배선 층(124'), 반도체 물질층(104), 및 전기 절연성 물질층(105) 각각을 통하여 베이스(106)에 이르도록 형성될 수 있다. 이러한 방법들에서, 베이스(106)는 관통 웨이퍼 인터커넥트(130)를 형성하기 위해 하나 이상의 전기 도전성 물질로 최종적으로 충진되는 홀들 또는 비아들을 형성하는데 사용되는 에칭 공정에서, 에치-스톱 층으로서 사용될 수 있다.Referring to FIG. 10A, the plurality of through wafer interconnects 130 reaches the base 106 through each of the first metallization layer 124 ′, the semiconductor material layer 104, and the electrically insulating material layer 105. It can be formed to be. In such methods, the base 106 may be used as an etch-stop layer in an etching process used to form holes or vias that are finally filled with one or more electrically conductive materials to form the through wafer interconnect 130. .

도 10b에 도시된 바와 같이, 캐리어 기판(140)은 선택적으로, 제1 금속배선 층(124'), 반도체 물질층(104), 및 전기 절연성 물질층(105)을 통하도록 관통 웨이퍼 인터커넥트(130)을 형성한 후, 제1 금속배선 층(124')의 노출된 주 표면(128) 상에 일시적으로 접합될 수 있다. 캐리어 기판(140)을 제1 금속배선 층(124')에 접합시킨 후, 반도체 물질층(104) 및 절연 물질층(105)을 남기고 기판(100)의 베이스(106)를 구조로부터 제거하여, 도 10c에 도시된 구조를 형성할 수 있다.As shown in FIG. 10B, carrier substrate 140 optionally passes through wafer interconnect 130 through first metallization layer 124 ′, semiconductor material layer 104, and electrically insulating material layer 105. ) May be temporarily bonded on the exposed major surface 128 of the first metallization layer 124 ′. After bonding the carrier substrate 140 to the first metallization layer 124 ′, the base 106 of the substrate 100 is removed from the structure, leaving the semiconductor material layer 104 and the insulating material layer 105, The structure shown in FIG. 10C can be formed.

도 10c에 도시된 바와 같은 반도체 구조들은 대안적으로, 캐리어 기판에 도 8의 반도체 구조를 장착하고 1회 이상의 그라인딩(grinding) 및 폴리싱(polishing)을 통해 반도체 물질(104)을 제거함으로써, 제조될 수도 있음을 유념해야 한다. 후속 공정들은, 절연 물질층(105)을 통하고, 반도체 층(104)을 통하며, 그리고 제1 금속배선 층(124') 내부에 이르는, 관통 웨이퍼 인터커넥션들(through wafer interconnections)(130)을 정의할 수 있다.The semiconductor structures as shown in FIG. 10C can alternatively be manufactured by mounting the semiconductor structure of FIG. 8 on a carrier substrate and removing the semiconductor material 104 through one or more grinding and polishing operations. Keep in mind that it may. Subsequent processes are through wafer interconnections 130, through the insulating material layer 105, through the semiconductor layer 104, and into the first metallization layer 124 ′. Can be defined.

도 10d를 참조하면, 제2 금속배선 층(154)은 제1 금속배선 층(124')이 형성된 반도체 물질층(104)의 제1 측면의 반대편 제2 측면 위에 형성될 수 있다. 다시 말해서, 제2 금속배선 층(154)은 전기 절연성 물질층(105) 위에서, 반도체 물질층(104) 반대편에 있는 전기 절연성 물질층(105)의 일 측면 상에 형성될 수 있다. 도 10d의 도면은 도 10a 내지 10c의 도면에 대해 반전되며, 이는 제2 금속배선 층(154)의 형성을 용이하게 하기 위해 구조가 반전될 수 있기 때문이다. 제2 금속배선 층(154)은 제1 금속배선 층(124')과 유사하고, 본 명세서에 전술한 바와 같은 복수의 전기 도전성 피처들(156)을 포함한다. Referring to FIG. 10D, the second metallization layer 154 may be formed on a second side opposite to the first side of the semiconductor material layer 104 on which the first metallization layer 124 ′ is formed. In other words, the second metallization layer 154 may be formed on the side of the electrically insulating material layer 105 opposite the semiconductor material layer 104 above the electrically insulating material layer 105. The view of FIG. 10D is reversed to the view of FIGS. 10A-10C because the structure can be reversed to facilitate the formation of the second metallization layer 154. The second metallization layer 154 is similar to the first metallization layer 124 'and includes a plurality of electrically conductive features 156 as described herein above.

도 10e는 다시 한번 반전된 반도체 구조를 도시하며, 따라서 제2 금속배선 층(154)은 도 10e의 도면에서 반도체 구조의 바닥에 배치된다. 도 10e에 도시된 바와 같이, 캐리어 기판(140)은 제거될 수 있다. 그러나, 트랜지스터들(122)을 포함하지 않는 반도체 물질층(104)의 영역들 위에 있는 제1 금속배선 층(124')의 영역들은 도 6a 내지 6f 및 7a 내지 7f를 참조하여 이전에 기재된 실시예들에서와 같이 제거되지 않을 것이다. 이러한 공정 단계에서, 하나 이상의 가공 반도체 구조들(120)은 기판(100)의 잔여부의 반도체 물질층(104) 위에 그리고 그 내부에 인시튜로(in situ) 형성될 수 있다.FIG. 10E shows the semiconductor structure inverted once again, so the second metallization layer 154 is disposed at the bottom of the semiconductor structure in the view of FIG. 10E. As shown in FIG. 10E, the carrier substrate 140 may be removed. However, the regions of the first metallization layer 124 ′ over the regions of the semiconductor material layer 104 that do not include the transistors 122 are the embodiments previously described with reference to FIGS. 6A-6F and 7A-7F. Will not be removed as in the field. In this process step, one or more processed semiconductor structures 120 may be formed in situ over and within the semiconductor material layer 104 of the remainder of the substrate 100.

이러한 공정 단계에서, 도 10e의 가공 반도체 구조는 다이스(dice) 되어질 수 있다. 또한, 다이(die)는 전기적으로 테스트될 수 있고, 범프 기술을 활용하여 패키지 상에 KGD(known good die) 장착될 수 있다. 이어서, 활성 소자들 위에서(즉 활성 영역들에) 그리고 비활성 소자들 위에서(즉 비활성 영역들에), 마이크로-범프 기술을 사용하여 10e의 인터포저의 상단부에 추가적인 다이(유사 또는 상이한 기능성을 이용하거나 유사 또는 상이한 기술을 사용하여 제조됨)가 적층될 수 있다.In this process step, the processed semiconductor structure of FIG. 10E can be diced. In addition, the die can be electrically tested and mounted on a package with a known good die (KGD) utilizing bump technology. Then, on top of the active elements (i.e. in the active regions) and on the inactive elements (i.e. in the inactive regions), using a micro-bump technique at the top of the interposer of 10e (using similar or different functionality or Manufactured using similar or different techniques) can be laminated.

따라서, 더욱 상세히는, 도 10f를 참조하면, 가공 반도체 구조(160A), 가공 반도체 구조(160B), 및 가공 반도체 구조(160C)와 같은 하나 이상의 추가적인 가공 반도체 구조들이 제1 금속배선 층(124')의 노출된 주표면에서 관통 웨이퍼 인터커넥트(130)의 노출된 단부들에 구조적으로 그리고 전기적으로 연결됨으로써 도 10f에 도시된 접합 반도체 구조가 형성할 수 있다. 따라서, 가공 반도체 구조(120, 160A, 160B, 160C) 사이에는 제1 금속배선 층(124'), 관통 웨이퍼 인터커넥트(130), 및 제2 금속배선 층(154)을 통하는 전기적 경로들이 또한 제공될 수 있고, 이러한 추가적인 전기적 경로들은 그것들 사이에서 전력 및/또는 전기 신호들을 수송하는데 또한 사용될 수 있다.Thus, in more detail, referring to FIG. 10F, one or more additional fabricated semiconductor structures, such as fabricated semiconductor structure 160A, fabricated semiconductor structure 160B, and fabricated semiconductor structure 160C may be formed of first metallization layer 124 ′. The junction semiconductor structure shown in FIG. 10F may be formed by structurally and electrically connecting to the exposed ends of the through wafer interconnect 130 at the exposed major surface of the < RTI ID = 0.0 > Thus, electrical paths through the first metallization layer 124 ′, through wafer interconnect 130, and second metallization layer 154 may also be provided between the fabricated semiconductor structures 120, 160A, 160B, 160C. These additional electrical paths can also be used to transport power and / or electrical signals between them.

또한 도 10f에서 도시된 바와 같이, 제2 금속배선 층(154)의 도전성 피처들(156)은 다른 기판(170)과 같은 보다 높은 레벨의 다른 구조의 도전성 피처들에 구조적으로 그리고 전기적으로 연결될 수 있다. 가공 반도체 구조(120, 160A, 160B, 160C) 사이에는 제1 금속배선 층(124'), 관통 웨이퍼 인터커넥트(130), 및 제2 금속배선 층(154)을 통해 추가 기판(170)의 도전성 피처들로 이어지는 전기적 경로들이 또한 제공될 수 있고, 이러한 추가적인 전기적 경로들 또한 그것들 사이에서 전력 및/또는 전기 신호들을 수송하는데 또한 사용될 수 있다.Also, as shown in FIG. 10F, the conductive features 156 of the second metallization layer 154 may be structurally and electrically connected to other features of higher structure such as other substrates 170. have. Conductive features of the additional substrate 170 through the first metallization layer 124 ′, through wafer interconnect 130, and second metallization layer 154 between the fabricated semiconductor structures 120, 160A, 160B, 160C. Electrical paths leading to the furnaces can also be provided, and these additional electrical paths can also be used to transport power and / or electrical signals between them.

본 명세서서 기술되는 실시예들에서, 추가적인 가공 반도체 구조(160A, 160B, 160C)의 도전성 피처들(예컨대 도전성 패드들)은 도전성 마이크로 범프들 또는 마이크로 볼들(162)을 사용하여 관통 웨이퍼 인터커넥트(130, 130')에 구조적으로 그리고 전기적으로 연결된다. 유사하게, 제2 금속배선 층(154)의 도전성 피처들(156)은 도전성 범프들 또는 볼들(172)을 사용하여 추가 기판(170)의 도전성 피처들에 구조적으로 그리고 전기적으로 연결된다. 본 명세서의 추가 실시예들에서, 추가적인 가공 반도체 구조들(160A, 160B, 160C)의 도전성 피처들은 금속-대-금속 직접 접합(metal-to-metal direct bonding) 공정을 사용하여 관통 웨이퍼 인터커넥트(130)에 구조적으로 그리고 전기적으로 연결될 수 있다. 유사하게, 제2 금속배선 층(154)의 도전성 피처들(156)은 금속-대-금속 직접 접합 공정을 사용하여 추가적인 기판(170)의 도전성 피처들에 구조적으로 그리고 전기적으로 커플링될 수 있다. 직접 접합 방법은 본 명세서에 기재된 마이크로-범프 기술에 비해 감소된 접합 피치(bonding pitch)를 가질 수 있고, 본 명세서의 추가적인 실시예들에서 채택될 수 있음을 유념해야 한다. 이러한 감소된 접합 피치는 접합 소자 구조들 간의 보다 높은 입력/출력(I/O) 밀도를 가능하게 할 수 있다.In the embodiments described herein, the conductive features (eg, conductive pads) of the additional processed semiconductor structure 160A, 160B, 160C may be through wafer interconnect 130 using conductive micro bumps or micro balls 162. 130 ') is structurally and electrically connected. Similarly, the conductive features 156 of the second metallization layer 154 are structurally and electrically connected to the conductive features of the additional substrate 170 using conductive bumps or balls 172. In further embodiments of the present disclosure, the conductive features of the further fabricated semiconductor structures 160A, 160B, 160C may be a through wafer interconnect 130 using a metal-to-metal direct bonding process. ) Can be structurally and electrically connected. Similarly, the conductive features 156 of the second metallization layer 154 can be structurally and electrically coupled to the conductive features of the additional substrate 170 using a metal-to-metal direct bonding process. . It should be noted that the direct bonding method may have a reduced bonding pitch compared to the micro-bump techniques described herein and may be employed in additional embodiments herein. Such reduced junction pitch may enable higher input / output (I / O) density between junction element structures.

예를 들어, 도 11은 도 10f와 유사한 접합 반도체 구조의 실시예들을 도시하나, 여기에서 금속-대-금속 직접 접합 공정은 추가적인 가공 반도체 구조(160A, 160B, 160C)의 도전성 피처들을 관통 웨이퍼 인터커넥트(130)에 접합시키기 위해, 그리고, 제2 금속배선 층(154)의 도전성 피처들(156)을 추가적인 기판(170)의 도전성 피처들에 접합시키기 위해, 사용되어 왔다. 이러한 직접 접합 공정들은 도 6F, 7f, 및 9f에 도시된 것들과 같은 접합 반도체 구조를 형성하기 위해 사용될 수 있다. For example, FIG. 11 illustrates embodiments of a bonded semiconductor structure similar to that of FIG. 10F, wherein the metal-to-metal direct bonding process penetrates through the conductive features of additional processed semiconductor structures 160A, 160B, 160C. To bond to 130, and to bond the conductive features 156 of the second metallization layer 154 to the conductive features of the additional substrate 170. Such direct bonding processes can be used to form a junction semiconductor structure such as those shown in FIGS. 6F, 7F, and 9F.

금속-대-금속 직접 접합 공정은, 가공 반도체 구조(120, 160A, 160B, 160C) 내의 소자 구조의 열 손상을 피하기 위해, 본 명세서의 일부 실시예들에서 약 400℃ 미만, 또는 심지어 약 350℃ 미만의 온도에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 접합 공정은, 초저온 직접 접합 공정(ultra low temperature direct bonding process)을 포함할 수 있고, 표면 조력 직접 접합 공정(surface assisted direct bonding process)을 또한 포함할 수 있으며, 이들 공정들은 본 명세서에서 앞서 정의된 바와 같다.The metal-to-metal direct bonding process is less than about 400 ° C., or even about 350 ° C. in some embodiments herein, to avoid thermal damage of the device structure within the fabricated semiconductor structure 120, 160A, 160B, 160C. It may be carried out at temperatures below. In some embodiments, the bonding process may include an ultra low temperature direct bonding process, and may also include a surface assisted direct bonding process, which processes may include As defined herein above.

또 다른 예로서, 도 12는 도 7f의 것과 유사한 접합 반도체 구조의 실시예들을 도시하나, 여기에서 산화물-대-산화물 직접 접합 공정(oxide-to-oxide direct bonding process)이 추가적인 가공 반도체 구조(160A, 160B)를 전기 절연성 물질층(105)에 접합시키는데 사용되었다. 도 11에서와 같이, 금속-대-금속 직접 접합 공정은 제2 금속배선 층(154)의 도전성 피처들(156)을 추가적인 기판(170)의 도전성 피처들에 접합시키는데 사용될 수 있다. 도 12의 접합 반도체 구조를 형성하기 위해, 도 7a 내지 7f를 참조하여 이전에 기재된 것과 유사하면서도 일부 수정된 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 12의 접합 반도체 구조를 형성하기 위해, 제1 금속배선 층(124)의 일부분들은 도 7e를 참조하여 전술된 바와 같이 제거될 수 있다. 하지만 상기 공정들은, 산화물(oxide)을 포함하도록 형성될 수 있는 전기 절연성 물질층(105)을 노출시키도록, 그 영역들 내의 반도체 물질층(104)의 일부분들을 제거하기 위해 사용될 수도 있다. 그리고, 추가적인 가공 반도체 구조들(160A, 160B)은 산화물-대-산화물 직접 접합 공정에서 전기 절연성 물질층(105)에 직접 접합될 수 있다. 추가적으로, 추가적인 가공 반도체 구조들(160A, 160B)에 상호연결되는 적어도 관통 웨이퍼 인터커넥트(130)는, 산화물-대-산화물 직접 접합 공정에서 추가적인 가공 반도체 구조(160A, 160B)를 전기 절연성 물질층(105)에 접합시킨 후, 그리고, 제2 금속배선 층(154)이 형성되기 이전에, 형성될 수 있다. 직접 접합 공정 후 상기 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130)을 형성하는 것은 상기 관통 웨이퍼 인터커넥트들(130)과 그것들이 연결되는 추가적인 가공 반도체 구조들(160A, 160B)의 각각의 도전성 피처들 사이에 구축되는 전기적 연결의 품질을 개선시킬 수 있다.As another example, FIG. 12 illustrates embodiments of a bonded semiconductor structure similar to that of FIG. 7F, in which an oxide-to-oxide direct bonding process is added to further processing semiconductor structure 160A. , 160B) was used to bond the electrically insulating material layer 105. As in FIG. 11, a metal-to-metal direct bonding process may be used to bond the conductive features 156 of the second metallization layer 154 to the conductive features of the additional substrate 170. To form the junction semiconductor structure of FIG. 12, some modified methods similar to those previously described with reference to FIGS. 7A-7F may be used. For example, to form the junction semiconductor structure of FIG. 12, portions of the first metallization layer 124 may be removed as described above with reference to FIG. 7E. However, the processes may be used to remove portions of the semiconductor material layer 104 in those regions to expose the electrically insulating material layer 105, which may be formed to include oxide. In addition, additional fabricated semiconductor structures 160A and 160B may be directly bonded to the electrically insulating material layer 105 in an oxide-to-oxide direct bonding process. In addition, at least through wafer interconnect 130 interconnected to additional fabricated semiconductor structures 160A, 160B may provide additional processing semiconductor structures 160A, 160B for electrically insulating material layer 105 in an oxide-to-oxide direct bonding process. ), And before the second metallization layer 154 is formed. Forming the through wafer interconnects 130 after a direct bonding process is an electrical structure established between each of the conductive features of the through wafer interconnects 130 and the additional fabricated semiconductor structures 160A and 160B to which they are connected. You can improve the quality of the connection.

산화물-대-산화물 직접 접합 공정은, 가공 반도체 구조(120, 160A, 160B) 내의 소자 구조의 열 손상을 피하기 위해, 본 명세서의 일부 실시예들에서 약 400℃ 미만, 또는 심지어 약 350℃ 미만의 온도에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 접합 공정은 초저온 직접 접합 공정을 포함할 수 있고, 표면 조력 직접 접합 공정을 포함할 수 있으며, 이들 공정들은 본 명세서에 앞서 정의되었다.An oxide-to-oxide direct junction process is, in some embodiments herein, less than about 400 ° C., or even less than about 350 ° C., to avoid thermal damage of the device structure within the fabricated semiconductor structure 120, 160A, 160B. Can be carried out at a temperature. In some embodiments, the bonding process may include a cryogenic direct bonding process, and may include a surface assisted direct bonding process, which processes have been previously defined herein.

유사한 산화물-대-산화물 직접 접합 공정이 또한 도 6f, 9f, 및 10f에 도시된 것과 유사한 접합 반도체 구조를 형성하기 위해 사용될 수 있다. Similar oxide-to-oxide direct junction processes may also be used to form junction semiconductor structures similar to those shown in FIGS. 6F, 9F, and 10F.

본 발명의 실시예들은, SeOI 유형 기판의 적어도 일부에 의해 지지되는 가공 반도체 구조 사이에 직접적이고, 연속적인 전기적 경로들을 제공하는데 사용될 수 있으며, 이러한 전기적 경로들은 SeOI 유형 기판의 적어도 일부에 의해 지지되고 SeOI 유형 기판의 적어도 일부가 부착되는 또 다른 높은 레벨 기판(예로써 추가 기판(170))의 일부를 통과하지 않는 도전성 피처들(예를 들어, 패드들, 트레이스들, 및 비아들)을 단지 통하도록 연장된다. 이러한 전기적 경로들은 이전에 공지된 구성들에 비해 보다 짧을 수 있고, 신호 속도 및/또는 전력 효율 면에서의 개선들을 제공할 수 있다.Embodiments of the present invention can be used to provide direct, continuous electrical paths between fabricated semiconductor structures supported by at least a portion of a SeOI type substrate, which electrical paths are supported by at least a portion of the SeOI type substrate. Only through conductive features (eg, pads, traces, and vias) that do not pass through a portion of another high level substrate (eg, additional substrate 170) to which at least a portion of the SeOI type substrate is attached. Is extended to. Such electrical paths may be shorter than previously known configurations and may provide improvements in signal speed and / or power efficiency.

이하에서는 본 설명의 추가적인 비제한적인 실시예들이 설명된다:Further non-limiting embodiments of the present description are described below:

실시예 1: 전기 절연성 물질층 위에 반도체 물질층을 포함하는 기판을 제공하는 단계; 전기 절연성 물질층 반대편의 반도체 물질층의 제1 측면 위에서 복수의 전기 도전성 피처들을 포함하는 제1 금속배선 층을 기판 상에 형성하는 단계; 기판을 적어도 부분적으로 통하는 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들을 형성하고, 금속배선 층 및 반도체 물질층 각각을 통해 연장되는 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들 중 적어도 하나의 관통 웨이퍼 인터커넥트를 형성하는 단계; 반도체 물질층의 제1 측면의 반대편에 위치한 제2 측면 위에 복수의 전기 도전성 피처들을 포함하는 제2 금속배선 층을 형성하는 단계; 및 제1 금속배선 층과, 기판과, 그리고, 상기 반도체 물질층의 제1 측면 상의 기판에 의해 지지되는 제1 가공 반도체 구조와 상기 반도체 물질층의 제1 측면 상의 기판에 의해 지지되는 제2 가공 반도체 구조 사이의 제2 금속배선 층을, 연속적으로 통하도록 연장된 전기적 경로들을 제공하는 단계;를 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.Example 1: providing a substrate comprising a layer of semiconductor material over a layer of electrically insulating material; Forming a first metallization layer on the substrate, the first metallization layer comprising a plurality of electrically conductive features on the first side of the semiconductor material layer opposite the electrically insulating material layer; Forming a plurality of through wafer interconnects at least partially through the substrate and forming at least one through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects extending through each of the metallization layer and the semiconductor material layer; Forming a second metallization layer comprising a plurality of electrically conductive features on a second side opposite the first side of the semiconductor material layer; And a first fabricated semiconductor structure supported by a first metallization layer, a substrate, and a substrate on the first side of the semiconductor material layer and a second fabricated supported by the substrate on the first side of the semiconductor material layer. Providing electrical paths extending continuously through a second metallization layer between semiconductor structures.

실시예 2: 실시예 1의 방법에 있어서, 기판을 제공하는 단계는 SeOI(semiconductor-on-insulator) 기판을 포함하는 기판을 선택하는 단계를 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.Example 2 The method of Example 1, wherein providing a substrate comprises selecting a substrate comprising a semiconductor-on-insulator (SeOI) substrate.

실시예 3: 실시예 2의 방법에 있어서, SeOI 기판을 포함하는 기판을 선택하는 단계는 SeOI(silicon-on-insulator) 기판을 포함하는 기판을 선택하는 단계를 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.Example 3 The method of example 2, wherein selecting a substrate comprising a SeOI substrate comprises selecting a substrate comprising a silicon-on-insulator (SeOI) substrate.

실시예 4: 실시예 1 내지 3 중 어느 하나의 실시예에 있어서, 반도체 물질층은 약 1 마이크론 이하의 평균 총 두께를 갖고, 전기 절연성 물질층은 약 300nm 이하의 평균 총 두께를 갖는 산화물 물질층을 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.Example 4 The oxide material layer of any one of embodiments 1-3, wherein the semiconductor material layer has an average total thickness of about 1 micron or less, and the electrically insulating material layer has an average total thickness of about 300 nm or less. A semiconductor device forming method comprising a.

실시예 5: 실시예들 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 금속배선 층 및 반도체 물질층 각각을 통해 연장되는 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들 중 적어도 하나의 관통 웨이퍼 인터커넥트를 형성하는 단계는, 전기 절연성 물질층을 통해 연장되는 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들 중 적어도 하나의 관통 웨이퍼 인터커넥트를 형성하는 것을 더 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.Embodiment 5: The method of any of embodiments 1-4, wherein forming at least one through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects extending through each of the metallization layer and the semiconductor material layer comprises: an electrically insulating material. And forming at least one through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects extending through the layer.

실시예 6: 실시예들 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 제1 가공 반도체 구조 및 제2 가공 반도체 구조 중 적어도 하나를 반도체 물질층의 제1 측면 위에서 상기 기판에 접합시키는 것을 더 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.Embodiment 6: The semiconductor of any one of embodiments 1-5, further comprising bonding at least one of the first and second processing semiconductor structures to the substrate on a first side of the semiconductor material layer. Device Formation Method.

실시예 7: 실시예 6에 있어서, 제1 가공 반도체 구조 및 제2 가공 반도체 구조 중 적어도 하나를 반도체 물질층의 제1 측면 위에서 상기 기판 상에 접합시키는 단계는, 제1 가공 반도체 구조 및 제2 가공 반도체 구조 중 적어도 하나를 약 400℃ 이하의 온도에서 금속-대-금속 직접 접합 공정으로 상기 기판에 직접적으로 접합시키는 단계를 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.Example 7: Bonding at least one of a first fabricated semiconductor structure and a second fabricated semiconductor structure onto the substrate over a first side of a layer of semiconductor material comprises: a first fabricated semiconductor structure and a second Bonding at least one of the fabricated semiconductor structures directly to the substrate in a metal-to-metal direct bonding process at a temperature of about 400 ° C. or less.

실시예 8: 실시예들 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 제1 가공 반도체 구조 및 제2 가공 반도체 구조 중 적어도 하나를 반도체 물질층의 제1 측면 위에서 상기 기판 상에 인시튜로(in situ) 형성하는 것을 더 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.Example 8 The method of any of embodiments 1-7, wherein at least one of the first and second fabricated semiconductor structures is in situ on the substrate over the first side of the semiconductor material layer. The method of forming a semiconductor device further comprising forming.

실시예 9: 실시예들 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 전기적 경로를 제공하는 단계는, 제1 금속배선 층들의 적어도 하나의 도전성 피처들과, 금속배선 층 및 반도체 물질층 각각을 통해 연장된 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들 중 적어도 하나의 관통 웨이퍼 인터커넥트와, 제2 금속배선 층의 적어도 하나의 도전성 피처들과, 그리고, 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들의 적어도 하나의 다른 관통 웨이퍼 인터커넥트를, 각각 통하도록 연장된 전기적 경로를 구성하는 단계를 더 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.Example 9 The method of any one of embodiments 1-8, wherein providing an electrical path extends through at least one conductive features of the first metallization layers, and through each of the metallization layer and the semiconductor material layer. Extending through at least one of the plurality of through wafer interconnects, at least one conductive feature of the second metallization layer, and at least one other through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects. The method of claim 1 further comprising the step of constructing an electrical path.

실시예 10: 실시예들 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 제2 금속배선 층의 적어도 하나의 도전성 피처를 다른 하나의 기판의 도전성 피처에 구조적으로 그리고 전기적으로 연결하는 것을 더 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.Embodiment 10: The semiconductor of any one of embodiments 1-9, further comprising structurally and electrically connecting at least one conductive feature of the second metallization layer to a conductive feature of another substrate. Device Formation Method.

실시예 11: 실시예들 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 전자 신호 프로세서 소자, 전자 메모리 소자, 전자기 방사선 에미터 소자, 및 전자기 방사선 수신 소자로 이루어진 그룹으로부터 제1 가공 반도체 구조 및 제2 가공 반도체 구조 각각을 개별적으로 선택하는 단계를 더 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.Embodiment 11: The first process semiconductor structure and the second process semiconductor according to any one of embodiments 1 to 10, from the group consisting of an electronic signal processor element, an electronic memory element, an electromagnetic radiation emitter element, and an electromagnetic radiation receiving element. Selecting each structure individually.

실시예 12: 실시예 11에 있어서, 전자 신호 프로세서 소자를 포함하는 제1 가공 반도체 구조를 선택하는 단계; 및 전자 메모리 소자, 발광 다이오드, 레이저 발광 다이오드, 및 태양 전지 중 적어도 하나를 포함하도록 제2 가공 반도체 구조를 선택하는 단계;를 더 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.Embodiment 12: The method of Embodiment 11, further comprising: selecting a first fabricated semiconductor structure comprising an electronic signal processor element; And selecting the second fabricated semiconductor structure to include at least one of an electronic memory device, a light emitting diode, a laser light emitting diode, and a solar cell.

실시예 13: 반도체 물질층을 포함하는 기판; 반도체 물질층의 제1 측면 위에서 상기 기판 상에 있는 제1 금속배선 층; 반도체 물질층의 제1 측면의 반대편 제2 측면 위에서 상기 기판 상에 있는 제2 금속배선 층; 상기 기판의 제1 금속배선 층 및 반도체 물질층 각각을 적어도 부분적으로 통하도록 연장되는 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들; 반도체 물질층의 제1 측면 위에서 상기 기판에 의해 지지되는 제1 가공 반도체 구조; 및 반도체 물질층의 제1 측면 위에서 상기 기판에 의해 지지되는 제2 가공 반도체 구조;를 포함하며, 전기적 경로는, 상기 제1 가공 반도체 구조로부터, 상기 제1 금속배선 층의 도전성 피처를 통하고, 상기 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들의 제1 관통 웨이퍼 인터커넥트를 통하고, 상기 제2 금속배선 층의 도전성 피처를 통하며, 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들의 제2 관통 웨이퍼 인터커넥트를 통하여, 상기 제2 가공 반도체 구조에 이르도록 연장되는, 반도체 구조.Example 13: A substrate comprising a layer of semiconductor material; A first metallization layer on the substrate over the first side of the semiconductor material layer; A second metallization layer on the substrate on a second side opposite the first side of the semiconductor material layer; A plurality of through wafer interconnects extending at least partially through each of the first metallization layer and the semiconductor material layer of the substrate; A first fabricated semiconductor structure supported by the substrate on the first side of the semiconductor material layer; And a second fabricated semiconductor structure supported by the substrate on the first side of the semiconductor material layer, wherein an electrical path is from the first fabricated semiconductor structure through the conductive features of the first metallization layer, Through the first through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects, through the conductive feature of the second metallization layer, and through the second through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects, to the second fabricated semiconductor structure. Extending so far.

실시예 14: 실시예 13에 있어서, 상기 기판은 SeOI 기판을 포함하는 반도체 구조.Embodiment 14 The semiconductor structure of Embodiment 13, wherein the substrate comprises a SeOI substrate.

실시예 15: 실시예 14에 있어서, 절연체-상-반도체(SeOI) 기판은 절연체-상-규소(SeOI) 기판을 포함하는 반도체 구조.Example 15 The semiconductor structure of example 14, wherein the insulator-phase-semiconductor (SeOI) substrate comprises an insulator-phase-silicon (SeOI) substrate.

실시예 16: 실시예 14 또는 실시예 15에 있어서, 반도체 물질층은 약 300 마이크론 이하의 평균 총 두께를 갖는 반도체 구조. Example 16: The semiconductor structure of Example 14 or 15, wherein the layer of semiconductor material has an average total thickness of about 300 microns or less.

실시예 17: 실시예들 14 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 상기 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들 중 적어도 하나의 관통 웨이퍼 인터커넥트는 상기 SeOI 기판의 전기 절연성 물질층을 적어도 부분적으로 통하도록 연장되는 반도체 구조.Embodiment 17 The semiconductor structure of any one of embodiments 14-16, wherein at least one through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects extends at least partially through an electrically insulating material layer of the SeOI substrate.

실시예 18: 실시예들 13 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 가공 반도체 구조 및 상기 제2 가공 반도체 구조 중 적어도 하나는 상기 반도체 물질층의 제1 측면 위에서 상기 기판에 접합되는 반도체 구조. Embodiment 18 The semiconductor structure of any one of embodiments 13-17, wherein at least one of the first and second processing semiconductor structures is bonded to the substrate over a first side of the semiconductor material layer.

실시예 19: 실시예들 18에 있어서, 상기 제1 가공 반도체 구조 및 상기 제2 가공 반도체 구조 중 적어도 하나의 금속 피처는 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들 중 적어도 하나의 관통 웨이퍼 인터커넥트에 직접 접합되는 반도체 구조.Embodiment 19 The semiconductor structure of embodiment 18, wherein at least one metal feature of the first and second fabricated semiconductor structures is directly bonded to at least one through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects. .

실시예 20: 실시예들 13 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 상기 전기적 경로는, 제1 가공 반도체 구조와 제2 가공 반도체 구조 사이에서 기판, 제1 금속배선 층, 및 제2 금속배선 층을 통하도록, 연속적으로 연장되는, 반도체 구조.Embodiment 20 The method of any of embodiments 13-19, wherein the electrical path passes through the substrate, the first metallization layer, and the second metallization layer between the first and second processing semiconductor structures. To extend continuously.

실시예 21: 실시예들 13 내지 20 중 어느 하나에 있어서, 제2 금속배선 층의 적어도 하나의 도전성 피처는 다른 하나의 기판의 도전성 피처들에 전기적으로 연결되는, 반도체 구조.Embodiment 21 The semiconductor structure of any of Embodiments 13-20, wherein at least one conductive feature of the second metallization layer is electrically connected to conductive features of the other substrate.

실시예 22: 실시예들 13 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 제1 가공 반도체 구조 및 제2 가공 반도체 구조 각각은 전자 신호 프로세서 소자, 전자 메모리 소자, 전자기 방사 에미터 소자, 및 전자기 방사 수신기 소자 중 하나를 포함하는 반도체 구조.Embodiment 22 The method of any of Embodiments 13-21, wherein each of the first and second processing semiconductor structures is an electronic signal processor element, an electronic memory element, an electromagnetic radiation emitter element, and an electromagnetic radiation receiver element. A semiconductor structure comprising one.

실시예 23: 실시예 22에 있어서, 상기 제1 가공 반도체 구조는 전자 신호 프로세서 소자를 포함하며, 상기 제2 가공 반도체 구조는 전자 메모리 소자, 발광 다이오드, 레이저 발광 다이오드, 및 태양 전지 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 구조.Embodiment 23 The system of Embodiment 22, wherein the first fabricated semiconductor structure comprises an electronic signal processor device, wherein the second fabricated semiconductor structure comprises at least one of an electronic memory device, a light emitting diode, a laser light emitting diode, and a solar cell. Semiconductor structure comprising.

상기 기재되는 본 발명의 예시 실시예들은 본 발명의 범주를 제한하지 않는다. 이들은 단지, 특허청구범위 및 이의 법적 등가물에 의해 정의되는 본 발명의 실시예들의 예이다. 임의의 동등한 실시예들은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 의도된다. 게다가, 본 명세서에 제시되고 기재된 것 이외의 본 발명의 다양한 변형, 예컨대 기재된 요소의 대안적이고 유영한 조합은 당업자에게 본 명세서로부터 명백해질 것이다. 이러한 변형은 또한 특허청구범위 내에 있는 것으로 의도된다. 표제는 본 명세서에서 명확성과 편의를 위해 사용된 것으로, 하기 특허청구범위를 제한하는 것은 아니다.The illustrative embodiments of the invention described above do not limit the scope of the invention. These are merely examples of embodiments of the invention as defined by the claims and their legal equivalents. Any equivalent embodiments are intended to be within the scope of the present invention. In addition, various modifications of the present invention other than those shown and described herein, such as alternative and swimmer combinations of the described elements, will be apparent to those skilled in the art from this specification. Such modifications are also intended to be within the scope of the claims. Headings are used for clarity and convenience herein and do not limit the scope of the following claims.

Claims (18)

전기 절연성 물질층 위에 반도체 물질층을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
전기 절연성 물질층 반대편의 반도체 물질층의 제1 측면 위에서 복수의 전기 도전성 피처들을 포함하는 제1 금속배선 층을 기판 상에 형성하는 단계;
기판을 적어도 부분적으로 통하는 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들을 형성하고, 금속배선 층 및 반도체 물질층 각각을 통해 연장되는 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들 중 적어도 하나의 관통 웨이퍼 인터커넥트를 형성하는 단계;
반도체 물질층의 제1 측면의 반대편에 위치한 제2 측면 위에 복수의 전기 도전성 피처들을 포함하는 제2 금속배선 층을 형성하는 단계; 및
제1 금속배선 층과, 기판과, 그리고, 상기 반도체 물질층의 제1 측면 상의 기판에 의해 지지되는 제1 가공 반도체 구조와 상기 반도체 물질층의 제1 측면 상의 기판에 의해 지지되는 제2 가공 반도체 구조 사이의 제2 금속배선 층을, 연속적으로 통하도록 연장된 전기적 경로들을 제공하는 단계;를 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.
Providing a substrate comprising a layer of semiconductor material over the layer of electrically insulating material;
Forming a first metallization layer on the substrate, the first metallization layer comprising a plurality of electrically conductive features on the first side of the semiconductor material layer opposite the electrically insulating material layer;
Forming a plurality of through wafer interconnects at least partially through the substrate and forming at least one through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects extending through each of the metallization layer and the semiconductor material layer;
Forming a second metallization layer comprising a plurality of electrically conductive features on a second side opposite the first side of the semiconductor material layer; And
A first fabricated semiconductor structure supported by a first metallization layer, a substrate and a substrate on the first side of the semiconductor material layer and a second fabricated semiconductor supported by the substrate on the first side of the semiconductor material layer Providing electrical paths extending continuously through the second metallization layer between the structures.
제1항에 있어서, 금속배선 층 및 반도체 물질층 각각을 통해 연장되는 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들 중 적어도 하나의 관통 웨이퍼 인터커넥트를 형성하는 단계는, 전기 절연성 물질층을 통해 연장되는 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들 중 적어도 하나의 관통 웨이퍼 인터커넥트를 형성하는 것을 더 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.The method of claim 1, wherein forming at least one through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects extending through each of the metallization layer and the semiconductor material layer comprises: a plurality of through wafer interconnects extending through the electrically insulating material layer. Forming at least one of the through wafer interconnects. 제1항에 있어서, 제1 가공 반도체 구조 및 제2 가공 반도체 구조 중 적어도 하나를 반도체 물질층의 제1 측면 위에서 상기 기판에 접합시키는 것을 더 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.The method of claim 1, further comprising bonding at least one of a first processed semiconductor structure and a second processed semiconductor structure to the substrate on a first side of a semiconductor material layer. 제3항에 있어서, 제1 가공 반도체 구조 및 제2 가공 반도체 구조 중 적어도 하나를 반도체 물질층의 제1 측면 위에서 상기 기판 상에 접합시키는 단계는, 제1 가공 반도체 구조 및 제2 가공 반도체 구조 중 적어도 하나를 400℃ 이하의 온도에서 금속-대-금속 직접 접합 공정으로 상기 기판에 직접적으로 접합시키는 단계를 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.4. The method of claim 3, wherein bonding at least one of a first processed semiconductor structure and a second processed semiconductor structure onto the substrate over a first side of a semiconductor material layer comprises: Bonding at least one directly to the substrate in a metal-to-metal direct bonding process at a temperature of 400 ° C. or less. 제1항에 있어서, 제1 가공 반도체 구조 및 제2 가공 반도체 구조 중 적어도 하나를 반도체 물질층의 제1 측면 위에서 상기 기판 상에 인시튜로(in situ) 형성하는 것을 더 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.The semiconductor device formation of claim 1, further comprising forming at least one of the first and second fabricated semiconductor structures in situ on the substrate over the first side of the semiconductor material layer. Way. 제1항에 있어서, 전기적 경로를 제공하는 단계는, 제1 금속배선 층들의 적어도 하나의 도전성 피처들과, 금속배선 층 및 반도체 물질층 각각을 통해 연장된 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들 중 적어도 하나의 관통 웨이퍼 인터커넥트와, 제2 금속배선 층의 적어도 하나의 도전성 피처들과, 그리고, 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들의 적어도 하나의 다른 관통 웨이퍼 인터커넥트를, 각각 통하도록 연장된 전기적 경로를 구성하는 단계를 더 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.The method of claim 1, wherein providing an electrical path comprises: forming at least one conductive features of the first metallization layers and at least one of a plurality of through wafer interconnects extending through each of the metallization layer and the semiconductor material layer. Configuring an electrical path extending through the through wafer interconnect, at least one conductive features of the second metallization layer, and at least one other through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects, respectively; A semiconductor element formation method. 제1항에 있어서, 상기 제2 금속배선 층의 적어도 하나의 도전성 피처를 다른 하나의 기판의 도전성 피처에 구조적으로 그리고 전기적으로 연결하는 것을 더 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.The method of claim 1, further comprising structurally and electrically connecting at least one conductive feature of the second metallization layer to a conductive feature of another substrate. 제1항에 있어서, 전자 신호 프로세서 소자, 전자 메모리 소자, 전자기 방사선 에미터 소자, 및 전자기 방사선 수신 소자로 이루어진 그룹으로부터 제1 가공 반도체 구조 및 제2 가공 반도체 구조 각각을 개별적으로 선택하는 단계를 더 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.The method of claim 1, further comprising individually selecting each of the first and second processing semiconductor structures from the group consisting of an electronic signal processor element, an electronic memory element, an electromagnetic radiation emitter element, and an electromagnetic radiation receiving element. A semiconductor element formation method, including. 제8항에 있어서,
전자 신호 프로세서 소자를 포함하는 제1 가공 반도체 구조를 선택하는 단계; 및
전자 메모리 소자, 발광 다이오드, 레이저 발광 다이오드, 및 태양 전지 중 적어도 하나를 포함하도록 제2 가공 반도체 구조를 선택하는 단계;를 더 포함하는, 반도체 소자 형성 방법.
9. The method of claim 8,
Selecting a first fabricated semiconductor structure comprising an electronic signal processor element; And
Selecting the second fabricated semiconductor structure to include at least one of an electronic memory device, a light emitting diode, a laser light emitting diode, and a solar cell.
반도체 물질층을 포함하는 기판;
반도체 물질층의 제1 측면 위에서 상기 기판 상에 있는 제1 금속배선 층;
반도체 물질층의 제1 측면의 반대편 제2 측면 위에서 상기 기판 상에 있는 제2 금속배선 층;
상기 기판의 제1 금속배선 층 및 반도체 물질층 각각을 적어도 부분적으로 통하도록 연장되는 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들;
반도체 물질층의 제1 측면 위에서 상기 기판에 의해 지지되는 제1 가공 반도체 구조; 및
반도체 물질층의 제1 측면 위에서 상기 기판에 의해 지지되는 제2 가공 반도체 구조;를 포함하며,
전기적 경로는, 상기 제1 가공 반도체 구조로부터, 상기 제1 금속배선 층의 도전성 피처를 통하고, 상기 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들의 제1 관통 웨이퍼 인터커넥트를 통하고, 상기 제2 금속배선 층의 도전성 피처를 통하며, 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들의 제2 관통 웨이퍼 인터커넥트를 통하여, 상기 제2 가공 반도체 구조에 이르도록 연장되는, 반도체 구조.
A substrate comprising a semiconductor material layer;
A first metallization layer on the substrate over the first side of the semiconductor material layer;
A second metallization layer on the substrate on a second side opposite the first side of the semiconductor material layer;
A plurality of through wafer interconnects extending at least partially through each of the first metallization layer and the semiconductor material layer of the substrate;
A first fabricated semiconductor structure supported by the substrate on the first side of the semiconductor material layer; And
A second fabricated semiconductor structure supported by the substrate on the first side of the semiconductor material layer;
An electrical path is from the first fabricated semiconductor structure, through the conductive features of the first metallization layer, through the first through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects, and to the conductive features of the second metallization layer. And extend through the second through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects to the second fabricated semiconductor structure.
제10항에 있어서, 상기 기판은 SeOI 기판을 포함하는 반도체 구조.The semiconductor structure of claim 10, wherein the substrate comprises a SeOI substrate. 제11항에 있어서, 상기 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들 중 적어도 하나의 관통 웨이퍼 인터커넥트는 상기 SeOI 기판의 전기 절연성 물질층을 적어도 부분적으로 통하도록 연장되는 반도체 구조.The semiconductor structure of claim 11, wherein at least one through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects extends at least partially through an electrically insulating material layer of the SeOI substrate. 제10항에 있어서, 상기 제1 가공 반도체 구조 및 상기 제2 가공 반도체 구조 중 적어도 하나는 상기 반도체 물질층의 제1 측면 위에서 상기 기판에 접합되는 반도체 구조. The semiconductor structure of claim 10, wherein at least one of the first and second processing semiconductor structures is bonded to the substrate over a first side of the semiconductor material layer. 제13항에 있어서, 상기 제1 가공 반도체 구조 및 상기 제2 가공 반도체 구조 중 적어도 하나의 금속 피처는 복수의 관통 웨이퍼 인터커넥트들 중 적어도 하나의 관통 웨이퍼 인터커넥트에 직접 접합되는 반도체 구조.The semiconductor structure of claim 13, wherein at least one metal feature of the first and second fabricated semiconductor structures is directly bonded to at least one through wafer interconnect of the plurality of through wafer interconnects. 제10항에 있어서, 상기 전기적 경로는, 제1 가공 반도체 구조와 제2 가공 반도체 구조 사이에서 기판, 제1 금속배선 층, 및 제2 금속배선 층을 통하도록, 연속적으로 연장되는, 반도체 구조.The semiconductor structure of claim 10, wherein the electrical path extends continuously through the substrate, the first metallization layer, and the second metallization layer between the first and second processing semiconductor structures. 제10항에 있어서, 제2 금속배선 층의 적어도 하나의 도전성 피처는 다른 하나의 기판의 도전성 피처들에 전기적으로 연결되는, 반도체 구조.The semiconductor structure of claim 10, wherein at least one conductive feature of the second metallization layer is electrically connected to conductive features of another substrate. 제10항에 있어서, 제1 가공 반도체 구조 및 제2 가공 반도체 구조 각각은 전자 신호 프로세서 소자, 전자 메모리 소자, 전자기 방사 에미터 소자, 및 전자기 방사 수신기 소자 중 하나를 포함하는 반도체 구조.The semiconductor structure of claim 10, wherein each of the first and second semiconductor structures comprises one of an electronic signal processor element, an electronic memory element, an electromagnetic radiation emitter element, and an electromagnetic radiation receiver element. 제17항에 있어서,
상기 제1 가공 반도체 구조는 전자 신호 프로세서 소자를 포함하며,
상기 제2 가공 반도체 구조는 전자 메모리 소자, 발광 다이오드, 레이저 발광 다이오드, 및 태양 전지 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 구조.
18. The method of claim 17,
The first fabricated semiconductor structure includes an electronic signal processor element,
The second fabricated semiconductor structure includes at least one of an electronic memory device, a light emitting diode, a laser light emitting diode, and a solar cell.
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