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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit mehreren
aneinander befestigten Halbleitersubstraten. Die vorliegende Erfindung betrifft
ferner ein Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung.
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Die
JP-A-2004-333133 ,
die
US 6,936,491 und
die
US 7,153,718 offenbaren
jeweils eine Halbleitervorrichtung mit einem Basissubstrat, verschiedenen
Elementen, die auf einem Oberflächenabschnitt des Basissubstrats
angeordnet sind, und einer Versiegelungskappe, die zum Schutz über
den Elementen angeordnet ist, und ein Verfahren zur Fertigung der
Halbleitervorrichtung.
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Nachstehend
wird eine in der
JP-A-2004-333133 offenbarte
Halbleitervorrichtung unter Bezugnahme auf die
9A und
9B beschrieben.
Die Halbleitervorrichtung ist ein Trägheitskraftsensor.
Der Einfachheit halber wird eine Rechts-links-Richtung in den
9A und
9B als erste
Richtung und eine Aufwärts-abwärts-Richtung in
der
9A senkrecht zur ersten Richtung als zweite Richtung
bezeichnet.
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Der
Trägheitskraftsensor weist eine Vorrichtungsschicht 11 auf.
In der Vorrichtungsschicht 11 sind Federn 1, Anker 2,
Balken 3, Inselelektroden 7a und 7b und
ein Rahmen 10 als eine Einheit gebildet. Eine untere Oberfläche
der Vorrichtungsschicht 11 ist an ein unteres Substrat 12 gebondet.
Eine obere Oberfläche der Vorrichtungsschicht 11 ist
an ein oberes Substrat 13 gebondet. Die Vorrichtungsschicht 11 wird
durch das untere Substrat 12 und das obere Substrat 13 hermetisch
versiegelt.
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Die
Inselelektroden 7a sind dazu ausgelegt, bewegliche Elektroden 5 elektrisch
mit einer externen Vorrichtung zu verbinden. Die Inselelektroden 7B sind
dazu ausgelegt, feste Elektroden 6 elektrisch mit einer
externen Vorrichtung zu verbinden. Auf einer oberen Oberfläche
von jeder der Inselelektroden 7a und 7b ist eine
mit einer externen Vorrichtung zu verbindende Elektrodenkontaktstelle 8 befestigt.
Das obere Substrat 13 weist Durchgangslöcher 9 an
Abschnitten entsprechend den Elektrodenkontaktstellen 8 auf
den Inselelektroden 7a und 7b auf. Jede der Elektrodenkontaktstellen 8 ist über
einen Bonddraht, der durch das Durchgangsloch 9 führt,
elektrisch mit einer externen Vorrichtung (nicht gezeigt), wie beispielsweise
einer integrierten Schaltung (IC), verbunden.
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Die
Anker 2 sind am unteren Substrat 12 befestigt.
Die Inselelektroden 7a und 7b und der Rahmen 10 sind
sowohl am unteren Substrat 12 als auch am oberen Substrat 13 befestigt.
Die Federn 1, die Balken 3 und ein Massekörper 4 sind
nicht am unteren Substrat 12 und am oberen Substrat 13 befestigt. Jeder
der Balken 3 wird von einem entsprechenden der Anker 2 gehalten.
Der Massekörper 4 wird derart von den Balken 3 gehalten,
dass er in der horizontalen Richtung beweglich ist. Jede der Federn 1 verbindet
einen der Anker 2 und eine entsprechende der Inselelektroden 7a elektrisch
miteinander.
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In
der zweiten Richtung sind die beweglichen Elektroden 5 an
zwei Seiten des Massekörpers 4 befestigt. Die
festen Elektroden 6 sind an jeder der Inselelektroden 7b befestigt.
An den zwei Seiten des Massekörpers 4 liegen die
beweglichen Elektroden 5 den festen Elektroden 6 in
der ersten Richtung gegenüber. Wenn der Trägheitskraftsensor
eine Trägheitskraft in der ersten Richtung empfängt,
bewegt sich der Massekörper 4 bedingt durch die
Trägheitskraft in der ersten Richtung, ändern
sich die Abstände zwischen den beweglichen Elektroden 5 und
den festen Elektroden 6 und ändert sich eine elektrostatische
Kapazität zwischen den beweglichen Elektroden 5 und
den festen Elektroden 6. Dadurch, dass die Änderung
der elektrostatischen Kapazität erfasst wird, kann die
auf den Trägheitskraftsensor aufgebrachte Trägheitskraft
erfasst werden.
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Im
Trägheitskraftsensor sind die Inselelektroden 7a und 7b gegeneinander
isoliert. Die am Massekörper 4 befestigten beweglichen
Elektroden 5 sind über die Balken 3,
die Anker 2 und die Federn 1 elektrisch mit den
Inselelektroden 7a verbunden. Die Inselelektroden 7a sind über
die Elektrodenkontaktstellen 8 und die durch die Durchgangslöcher 9 führenden
Bonddrähte elektrisch mit einer externen Vorrichtung, wie
beispielsweise einem IC, verbunden. Die an den Inselelektroden 7b befestigten
festen Elektroden 6 sind über die Inselelektroden 7b,
die auf den Inselelektroden 7b angeord neten Elektrodenkontaktstellen 8 und
die durch die Durchgangslöcher 9 führenden
Bonddrähte elektrisch mit einer externen Vorrichtung, wie
beispielsweise einem IC, verbunden.
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Bei
der in den 9A und 9B gezeigten Halbleitervorrichtung
wird ein an der Vorrichtungsschicht 11 vorgesehenes Trägheitskraftsensorelement
geschützt, indem es durch das untere Substrat 12 und
das obere Substrat 13 hermetisch versiegelt wird. Das untere
Substrat 12 und das obere Substrat 13 werden einzig
dazu verwendet, die vorstehend beschriebene Versiegelungsstruktur
zu bilden. Um das untere Substrat 12 und das obere Substrat 13 effektiv zu
verwenden, kann eine Steuerschaltung des Trägheitskraftsensorelements
vorgesehen sein, solange das untere Substrat 12 und das
obere Substrat 13 das Trägheitskraftsensorelement
versiegeln können.
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Bei
der in den 9A und 9B gezeigten Halbleitervorrichtung
wird jeder der Bonddrähte durch eines der in dem oberen
Substrat 13 vorgesehenen Durchgangslöcher 9 geführt
und an eine der Elektrodenkontaktstellen 8 auf den Inselelektroden 7a und 7b gebondet,
um die Inselelektroden 7a und 7b elektrisch mit
der externen Vorrichtung, wie beispielsweise dem IC, zu verbinden.
Zum Bonden der Bonddrähte muss das obere Substrat 13 große Durchgangslöcher 9 aufweisen,
damit ein Bondwerkzeug nicht in Kontakt mit dem oberen Substrat 13 kommt.
Dies kann zu einer Erhöhung der Abmessungen eines Chips
und zu einer Erhöhung der Fertigungskosten führen.
Ferner ist es schwierig, nach dem Bonden mit Bestimmtheit ein Isoliervermögen zu
erlangen, und ist es schwierig, ein Drahtbonden auszuführen,
wenn die Halbleitervorrichtung eine komplizierte dreidimensionale
Verdrahtungsstruktur aufweist, wie beispielsweise dann, wenn eine
Schaltung im unteren Substrat 12 und im oberen Substrat 13 gebildet
ist.
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Es
ist angesichts der vorstehend beschriebenen Nachteile im Stand der
Technik Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung
bereitzustellen, die mehrere aneinander befestigte Halbleitersubstrate
aufweist. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung bereitzustellen.
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Eine
Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung weist ein erstes Halbleitersubstrat,
ein zweites Halbleitersubstrat, ein Loch und ein Ziehverdrahtungsteil
auf. Das erste Halbleitersubstrat weist eine erste Oberfläche
und eine zweite Oberfläche auf. Das erste Halbleitersubstrat
weist ein erstes Element auf einer Seite der ersten Oberfläche
des ersten Halbleitersubstrats auf. Das zweite Halbleitersubstrat
weist eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche
auf. Das zweite Halbleitersubstrat weist ein zweites Element und
ein Verdrahtungsteil auf einer Seite der ersten Oberfläche
des zweiten Halbleitersubstrats auf. Das zweite Halbleitersubstrat
ist derart am ersten Halbleitersubstrat befestigt, dass die erste
Oberfläche des zweiten Halbleitersubstrats der ersten Oberfläche des
ersten Halbleitersubstrats gegenüberliegt. Das Loch ist
von der zweiten Oberfläche des ersten Halbleitersubstrats
durch das erste Halbleitersubstrat zum Verdrahtungsteil auf der
Seite der ersten Oberfläche des zweiten Halbleitersubstrats
vorgesehen. Das Loch weist eine isolierte Seitenwand auf. Das Ziehverdrahtungsteil
ist aus einem leitfähigen Element aufgebaut und füllt
das Loch.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung können
das erste Element und das zweite Element hermetisch versiegelt werden.
Ferner kann das Ziehverdrahtungsteil eine sichere Verdrahtungsverbindung
zu einem auf der Seite der ersten Oberfläche des zweiten
Halbleitersubstrats angeordneten Verdrahtungsteil vorsehen.
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Bei
einem Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein erstes Element
auf einer Seite einer ersten Oberfläche eines ersten Halbleitersubstrats
gebildet, werden ein zweites Element und ein Verdrahtungsteil auf
einer Seite einer ersten Oberfläche eines zweiten Halbleitersubstrats
gebildet, und werden das erste Halbleitersubstrat und das zweite
Halbleitersubstrats derart aneinander befestigt, dass die erste
Oberfläche des ersten Halbleitersubstrats der ersten Oberfläche
des zweiten Halbleitersubstrats gegenüberliegt. Ein Loch wird
von einer zweiten Oberfläche des ersten Halbleitersubstrats
durch das erste Halbleitersubstrat zum Verdrahtungsteil, das auf
der Seite der ersten Oberfläche des zweiten Halbleitersubstrats
gebildet ist, gebildet, und eine Seitenwand des Lochs wird isoliert.
Das Loch wird mit einem leitfähigen Element gefüllt,
um ein Ziehverdrahtungsteil zu bilden.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Verfahren können das erste
Element und das zweite Element hermetisch versiegelt werden. Ferner
kann eine sichere Verdrahtungsverbindung zum Verdrahtungsteil auf
der Seite der ersten Oberfläche des zweiten Halbleitersubstrats
gebildet werden.
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Weitere
Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der nachfolgenden Beschreibung, die unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde, näher
ersichtlich sein. In der Zeichnung zeigt/zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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2A bis 2C Abbildungen
zur Veranschaulichung von Beispielen einer Musterform von Verdrahtungsschichten
L1a und L2a;
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3A bis 3C Querschnittsansichten zur
Veranschaulichung von beispielhaften Prozessen zur Fertigung der
in der 1 gezeigten Halbleitervorrichtung;
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4A und 4B Querschnittsansichten zur
Veranschaulichung von beispielhaften Prozessen zur Fertigung der
in der 1 gezeigten Halbleitervorrichtung;
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5 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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7 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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8A eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Ziehverdrahtungsschicht,
auf der ein Bondhügel angeordnet ist, und 8B eine Querschnittsansicht
zur Veranschaulichung einer Ziehverdrahtungsschicht, an die ein
Draht gebondet ist; und
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9A eine
Draufsicht eines herkömmlichen Trägheitskraftsensors
und 9B eine Querschnittsansicht des Trägheitskraftsensors
entlang der Linie IXB-IXB in der 9A.
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(Erste Ausführungsform)
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Nachstehend
wird eine Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die 1 beschrieben.
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Die
Halbleitervorrichtung 100 weist ein erstes Halbleitersubstrat 20 und
ein zweites Halbleitersubstrat 30 auf. Das erste Halbleitersubstrat 20 weist eine
Hauptoberfläche S1 und eine Rückoberfläche auf.
Das erste Halbleitersubstrat 20 weist ein erstes Element
auf, das auf der Seite der Hauptoberfläche S1 angeordnet
ist. Das zweite Halbleitersubstrat 30 weist eine Hauptoberfläche
S2 und eine Rückoberfläche auf. Das zweite Halbleitersubstrat 30 weist
ein zweites Element auf, das auf der Seite der Hauptoberfläche
S2 angeordnet ist. Das erste Halbleitersubstrat 20 und
das zweite Halbleitersubstrat 30 sind derart an durch eine
gestrichelte Linie gezeigten Befestigungsoberflächen aneinander
befestigt, dass die Hauptoberfläche S1 des ersten Halbleitersubstrats 20 der
Hauptoberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30 gegenüberliegt.
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Das
erste Halbleitersubstrat 20 weist ein Silicium-auf-einem-Isolator
(SOI-Substrat) mit einer vergrabenen Oxidschicht 22 auf,
wobei das SOI-Substrat mit Hilfe einer Wärmebehandlungs-Bonding-Technologie
gebildet werden kann. Auf der Seite der Hauptoberfläche
S1 der vergrabenen Oxidschicht 22 ist eine SOI-Schicht 21 angeordnet.
Auf der Rückoberflächenseite der vergrabenen Oxidschicht 22 ist
ein Tragesubstrat 23 angeordnet. Das erste Element, das
auf der Seite der Hauptoberfläche S1 des ersten Halbleitersubstrats 20 gebildet
ist, kann ein Sensorelement zur Erfassung einer dynamischen Größe
gleich einem in den 9A und 9B gezeigten
Trägheitskraft sensor sein. Das im ersten Halbleitersubstrat 20 gebildete
Sensorelement zur Erfassung einer dynamischen Größe
weist bewegliche Elektroden E1 und feste Elektroden E2 auf. Die
beweglichen Elektroden E1 werden gebildet, indem ein Teil der vergrabenen
Oxidschicht einem Opferschicht-Ätzen unterzogen wird, um
beweglich zu sein. Jede der beweglichen Elektroden E1 weist eine
Oberfläche auf, die einer Oberfläche einer benachbarten
der festen Elektroden E2 gegenüberliegt. Ein Abstand bzw.
Zwischenraum K zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen
der beweglichen Elektroden E1 und der festen Elektroden E2 kann
als dielektrische Schicht dienen und eine elektrostatische Kapazität
vorsehen. Die beweglichen Elektroden E1 bewegen sich in einer Richtung
senkrecht zu den gegenüberliegenden Oberflächen,
d. h. in einer Rechts-links-Richtung in der 1, in Übereinstimmung
mit einer auf das Sensorelement zur Erfassung einer dynamischen
Größe aufgebrachten dynamischen Größe.
Es wird eine Änderung der elektrostatischen Kapazität
bedingt durch eine Änderung der Abstände zwischen
den beweglichen Elektroden E1 und den festen Elektroden E2 gemessen,
um so die dynamische Größe zu erfassen.
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Das
zweite Halbleitersubstrat 30 ist ein SOI-Substrat mit einer
vergrabenen Oxidschicht 32, wobei das SOI-Substrat mit
Hilfe einer Wärmebehandlungs-Bonding-Technologie gebildet
werden kann. Auf der Seite der Hauptoberfläche S2 der vergrabenen
Oxidschicht 32 ist eine SOI-Schicht 31 angeordnet.
Auf der Rückoberflächenseite der vergrabenen Oxidschicht 32 ist
ein Tragesubstrat 33 angeordnet. Das zweite Element, das
auf der Seite der Hauptoberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30 gebildet
ist, bildet eine Steuerschaltung des Sensorelements zur Erfassung
einer dynamischen Größe, das auf der Seite der
Hauptoberfläche S1 des ersten Halbleitersubstrats 20 gebildet
ist.
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Das
zweite Halbleitersubstrat 30 weist Verdrahtungsschichten
L1 und L2 auf der Seite der Hauptoberfläche S2 des zweiten
Halbleitersubstrats 30 auf. Die Halbleitervorrichtung 100 weist
Löcher T1 bis T4 auf, die von der Rückoberflächenseite
des ersten Halbleitersubstrats 20 durch das erste Halbleitersubstrat 20 zu
den Verdrahtungsschichten L1 und L2 vorgesehen sind. Eine Seitenwand
von jedem der Löcher T1 bis T4 ist isoliert. Die Löcher
T1 bis T4 sind mit einem leitfähigen Element 40 gefüllt,
um Ziehverdrahtungsschichten V1 bis V4 zu bilden. Die Ziehverdrahtungsschichten
V1 und V2 können als ein Ziehverdrahtungsteil von den Verdrahtungsschichten
L1 und L2 dienen, die auf der Seite der Hauptoberfläche S2
des zweiten Halbleitersubstrats 30 gebildet sind.
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Das
erste Halbleitersubstrat 20 weist eine Verdrahtungsschicht
L3 auf der Seite der Hauptoberfläche S1 des ersten Halbleitersubstrats 20 auf.
Die Halbleitervorrichtung 100 weist ein Loch T5 auf, das von
der Rückoberflächenseite des ersten Halbleitersubstrats 20 durch
das erste Halbleitersubstrat 20 zur Verdrahtungsschicht
L3 vorgesehen ist. Eine Seitenwand des Lochs T5 ist isoliert. Das
Loch T5 ist mit dem leitfähigen Element 40 gefüllt,
um eine Ziehverdrahtungsschichten V5 zu bilden. Die Ziehverdrahtungsschicht
V5 kann als ein Ziehverdrahtungsteil von der Verdrahtungsschicht
L3 dienen, die auf der Seite der Hauptoberfläche S1 des
ersten Halbleitersubstrats 20 gebildet ist.
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Das
leitfähige Element 40 kann beispielsweise Metall
oder polykristallines Silicium aufweisen.
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Die
in der 1 gezeigte Halbleitervorrichtung 100 weist
einen dreidimensionalen Aufbau auf, bei welchem das erste Halbleitersubstrat 20 mit
dem ersten Element auf der Seite der Hauptoberfläche S1 und
das zweite Halbleitersubstrat 30 mit dem zweiten Element
auf der Seite der Hauptoberfläche S1 derart aneinander
befestigt sind, dass die Hauptoberfläche S1 des ersten
Halbleitersubstrats 20 der Hauptoberfläche S2
des zweiten Halbleitersubstrats 30 gegenüberliegt.
Das erste Element kann das Sensorelement zur Erfassung einer dynamischen
Größe sein, und das zweite Element kann die Steuerschaltung des
Sensorelements zur Erfassung einer dynamischen Größe
bilden. Bei der Halbleitervorrichtung 100 sind das erste
Element und das zweite Element am ersten Halbleitersubstrat 20 bzw.
am zweiten Halbleitersubstrat 30 gebildet. Folglich werden
das erste Halbleitersubstrat 20 und das zweite Halbleitersubstrat 30 effektiv
verwendet. Ferner sind das erste Halbleitersubstrat 20 und
das zweite Halbleitersubstrat 30 bei der Halbleitervorrichtung 100 derart
aneinander befestigt, dass die Hauptoberfläche S1 des ersten
Halbleitersubstrats 20, auf welchem das erste Element gebildet
ist, der Hauptoberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30,
auf welcher das zweite Element gebildet ist, gegenüberliegt.
Folglich werden das erste Element und das zweite Element im ersten
Halbleitersubstrat 20 und zweiten Halbleitersubstrat 30,
die aneinander befestigt sind, hermetisch versiegelt.
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Bei
der in der 1 gezeigten Halbleitervorrichtung
sind die Ziehverdrahtungsschichten V1 bis V4 derart gebildet, dass
das erste Element und das zweite Element, die im ersten Halbleitersubstrat 20 und
zweiten Halbleitersubstrat 30 versiegelt sind, elektrisch
mit einer externen Vorrichtung verbunden werden können.
Die Ziehverdrahtungsschichten V1 bis V4 werden gebildet, indem die
Löcher T1 bis T4 von der Rückoberfläche
des ersten Halbleitersubstrats 20 durch das erste Halbleitersubstrat 20 zu
den Verdrahtungsschichten L1 und L2 gebildet werden, die Seitenwände
der Löcher T1 bis T4 isoliert werden und die Löcher
T1 bis T4 mit den isolierten Seitenwänden mit dem leitfähigen
Element 40 gefüllt werden. Folglich können
das erste Element und das zweite Element sicherer und stabiler elektrisch
mit einer externen Vorrichtung verbunden werden als in einem Fall,
in dem ein Bonddraht als elektrische Verdrahtungsleitung verwendet
wird. Ferner kann eine elektrische Verdrahtungsleitung durch die
Ziehverdrahtungsschichten V1 bis V4 auf verschiedene versiegelte
dreidimensionale Strukturen, welche das erste Element und das zweite
Element aufweisen, angewandt werden. Folglich wird eine hohe Designflexibilität
erzielt und kann ein Verdrahtungsdesign einfach ausgelegt sein.
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Die
Halbleitervorrichtung 100 weist, wie vorstehend beschrieben,
das erste Halbleitersubstrat 20 und das zweite Halbleitersubstrat 30 auf.
Das erste Halbleitersubstrat 20 weist das erste Element
auf, das auf der Seite der Hauptoberfläche S1 gebildet
ist. Das zweite Halbleitersubstrat 30 weist das zweite Element
auf, das auf der Seite der Hauptoberfläche S2 gebildet
ist. Das erste Halbleitersubstrat 20 und das zweite Halbleitersubstrat 30 sind
derart aneinander befestigt, dass die Hauptoberfläche S1
des ersten Halbleitersubstrats 20 der Hauptoberfläche
S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30 gegenüberliegt. Dadurch,
dass das erste Halbleitersubstrat 20 und das zweite Halbleitersubstrat 30 aneinander
befestigt werden, werden das erste Element und das zweite Element
hermetisch versiegelt. Ferner können Verdrahtungsverbindungen
zum ersten Element und zum zweiten Element, die dreidimensional
angeordnet sind, mit Bestimmtheit durch die Ziehverdrahtungsschichten
V1 bis V5 vorgesehen werden.
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Nachstehend
werden die Ziehverdrahtungsschichten V1 bis V4 in der Halbleitervorrichtung 100 näher
beschrieben.
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Die
Verdrahtungsschichten L1 und L2 sind derart auf der Seite der Hauptoberfläche
S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30 angeordnet, dass
die Verdrahtungsschichten L1 und L2 in verschiedenen Tiefen angeordnet
sind. Die Ziehverdrahtungsschichten V1 und V2 sind mit der Verdrahtungsschicht
L1 bzw. L2 verbunden. Die Ziehverdrahtungsschichten V1 und V2 erstrecken
sich von der Rückoberfläche des ersten Halbleitersubstrats 20 durch
das erste Halbleitersubstrat 20 zu den Verdrahtungsschichten L1
und L2. Folglich können die Ziehverdrahtungsschichten V1
und V2 als ein Ziehverdrahtungsteil von den Verdrahtungsschichten
L1 und L2 verwendet werden, die mit einer Oberflächenschutzschicht 34 bedeckt
sind. Die Ziehverdrahtungsschichten V1 und V2 können ebenso
als Ziehdrähte von einer auf einer Oberfläche
des zweiten Halbleitersubstrats 30 gebildeten Elektrode
verwendet werden.
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Das
Loch T3 dringt durch einen Teil einer Verdrahtungsschicht L2a, die
an einem oberflächennäheren Abschnitt von der
Hauptoberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30 angeordnet
ist, und grenzt an eine Verdrahtungsschicht L1a, die an einem tieferen
Abschnitt von der Hauptoberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30 angeordnet
ist. Die im Loch T3 gebildete Ziehverdrahtungsschicht V3 grenzt über
den Teil der Verdrahtungsschicht L2a an die Verdrahtungsschicht
L1a. Die Ziehverdrahtungsschicht V3 ist mit den Verdrahtungsschichten L1a
und L2a verbunden, die in verschiedenen Tiefen angeordnet sind.
Die Ziehverdrahtungsschicht V3 kann als Verbindungselement zwischen
den Verdrahtungsschichten L1a und L2a dienen, die in verschiedenen
Tiefen angeordnet sind, sowie als Ziehverdrahtungsteil von den Verdrahtungsschichten
L1a und L2a.
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Nachstehend
werden Beispiele von Musterformen der Verdrahtungsschichten L1a
und L2a unter Bezugnahme auf die 2A bis 2C beschrieben.
In den 2A bis 2C sind
die Musterformen der Verdrahtungsschicht L1a, die in dem tieferen
Abschnitt angeordnet ist, durch gestrichelte Linien gezeigt, und
der Verdrahtungsschicht L2a, die in dem oberflächennäheren
Abschnitt angeordnet ist, anhand von durchgezogenen Linien gezeigt.
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Die
in der 2A gezeigte Verdrahtungsschicht
L2a weist eine kreisrunde Ringform auf. Die in der 2B gezeigte
Verdrahtungsschicht L2a weist eine quadratische Ringform auf. Die
in der 2C gezeigte Verdrahtungsschicht
L2a weist eine Gitterform auf. Jede der in den 2A bis 2C gezeigten
Verdrahtungsschichten L2a weist ein Loch H oder mehrere Löcher
H auf. Das Loch T3 wird derart gebildet, dass es durch das Loch
H dringt, und anschließend wird die Ziehverdrahtungsschicht
V3, die mit den Verdrahtungsschichten L1a und L2a verbunden ist,
die in verschiedenen Tiefen angeordnet sind, gebildet.
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Das
Loch T4 dringt durch eine Verdrahtungsschicht L3a, die auf der Seite
der Hauptoberfläche S1 des ersten Halbleitersubstrats 20 gebildet
ist, und grenzt an eine Verdrahtungsschicht L2b, die auf der Seite
der Hauptoberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30 gebildet
ist. Die in dem Loch T4 gebildete Ziehverdrahtungsschicht V4 reicht über
den Teil der Verdrahtungsschicht L3a bis zur Verdrahtungsschicht
L2b. Die Ziehverdrahtungsschicht V4 ist mit der Verdrahtungsschicht
L3a und der Verdrahtungsschicht L2b verbunden. Die Ziehverdrahtungsschicht V4
kann als Verbindungselement zwischen der Verdrahtungsschicht L3a,
die im ersten Halbleitersubstrat 20 gebildet ist, und der
Verdrahtungsschicht L2b, die im zweite Halbleitersubstrat 30 gebildet
ist, sowie als Ziehverdrahtungsteil von den Verdrahtungsschichten
L3a und L2b dienen.
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Nachstehend
wird ein beispielhaftes Verfahren zur Fertigung der Halbleitervorrichtung 100 unter Bezugnahme
auf die 3A bis 4B beschrieben.
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Während
eines in der 3A gezeigten Prozesses wird
das erste Halbleitersubstrat 20 vorbereitet. Auf der Seite
der Hauptoberfläche S1 des ersten Halbleitersubstrats 20 werden
das erste Element und die Verdrahtungsschichten L3 und L3a gebildet.
Das erste Element kann ein Sensorelement zur Erfassung einer dynamischen
Größe sein.
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Während
eines in der 3B gezeigten Prozesses wird
das zweite Halbleitersubstrat 30 vorbereitet. Auf der Seite
der Hauptoberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30 werden
das zweite Element und die Verdrahtungsschichten L1, L2, L2b, L1a, L2a
gebildet. Das zweite Element kann ein Element sein, das eine Steuerschaltung
des Sensorelements zur Erfassung einer dynamischen Größe
bildet.
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Während
eines in der 3C gezeigten Prozesses werden
das erste Halbleitersubstrat 20 und das zweite Halbleitersubstrat 30 derart
aneinander befestigt, dass die Hauptoberfläche S1 des ersten Halbleitersubstrats 20 der
Hauptoberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30 gegenüberliegt.
Das erste Halbleitersubstrat 20 und das zweite Halbleitersubstrat 30 können
beispielsweise mit Hilfe einer Wärmebehandlungs-Bonding-Technologie
oder unter Verwendung eines Klebemittels aneinander befestigt werden.
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Anschließend
wird das befestigte Substrat derart angeordnet, dass die Rückoberfläche
des ersten Halbleitersubstrats 20 nach oben ausgerichtet
ist. Während eines in der 4A gezeigten
Prozesses werden die Löcher T1 bis T4 von der Rückoberfläche des
ersten Halbleitersubstrats 20 durch das erste Halbleitersubstrat 20 zu
den Verdrahtungsschichten L1, L2, L2a, L2b gebildet, die auf der
Seite der Hauptoberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30 angeordnet
sind. Ferner wird das Loch T5 von der Rückoberfläche
des ersten Halbleitersubstrats 20 zur Verdrahtungsschicht
L3 gebildet, die auf der Seite der Hauptoberfläche S1 des
ersten Halbleitersubstrats 20 angeordnet ist.
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Während
des in der 4A gezeigten Prozesses können
die Verdrahtungsschichten L1 bis L3, die in verschiedenen Tiefen
angeordnet sind, als Ätzstoppschichten verwendet werden,
um so die Löcher T1 bis T5 gleichzeitig zu bilden. Obgleich
die Löcher T1 und T2, die an die Verdrahtungsschichten
L1 und L2 grenzen, die in verschiedenen Tiefen angeordnet sind,
auch in verschiedenen Prozesses gebildet werden können,
können die Fertigungskosten verringert werden, wenn die
Löcher T1 und T2 gleichzeitig gebildet werden. Ein Abschnitt
aus Silicium kann beispielsweise unter Verwendung von SF6 (Schwefelhexafluorid) als Ätzgas
geätzt werden, und ein Abschnitt aus Siliciumoxid kann
beispielsweise unter Verwendung von CF4 (Tetrafluormethan)
als Ätzgas geätzt werden. SF6 und
CF4 können wiederum ersetzt werden,
oder es kann ein Mischgas aus SF6 und CF4 als Ätzgas verwendet werden.
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Während
eines in der 4B gezeigten Prozesses werden
die Seitenwände der Löcher T1 bis T5 isoliert
und wird das leitfähige Element 40 auf das Substrat
abgeschieden. Die Löcher T1 bis T5 werden mit dem leitfähigen
Element 40 gefüllt, um so die Ziehverdrahtungsschichten
V1 bis V5 zu bilden. Die Seitenwände der Löcher
T1 bis T5 können durch eine Wärmebehandlung des
Substrats isoliert werden. Alternativ können die Seitenwände
der Löcher T1 bis T5 isoliert werden, indem ein Isolierfilm
auf die Seitenwände der Löcher T1 bis T5 abgeschieden
wird.
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Ein überschüssiger
Teil des leitfähigen Elements 40, das auf das
Substrat abgeschieden wird, wird durch Polieren entfernt, woraufhin
das Substrat umgedreht wird. Auf diese Weise wird die in der 1 gezeigte
Halbleitervorrichtung 100 gebildet.
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Bei
dem in den 3A bis 4B gezeigten Verfahren
werden das erste Halbleitersubstrat 20 und das zweite Halbleitersubstrat 30 derart
aneinander befestigt, dass die Hauptoberfläche S1 des ersten
Halbleitersubstrats 20 der Hauptoberfläche S2 des
zweiten Halbleitersubstrats 30 gegenüberliegt. Dadurch,
dass das erste Halbleitersubstrat 20 und das zweite Halbleitersubstrat 30 aneinander
befestigt werden, werden das erste Element, das auf der Seite der
Hauptoberfläche S1 des ersten Halbleitersubstrats 20 angeordnet
ist, und das zweite Element, das auf der Seite der Hauptoberfläche
S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30 angeordnet ist, hermetisch versiegelt.
Ferner können Verdrahtungsverbindungen zum ersten Element
und zum zweiten Element bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren
mit Bestimmtheit gebildet werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Nachstehend
wird eine Halbleitervorrichtung 100a gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die 5 beschrieben.
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Die
Halbleitervorrichtung 100a weist ein erstes Halbleitersubstrat 20a und
ein zweites Halbleitersubstrat 30a auf. Das erste Halbleitersubstrat 20a weist
ein erstes Element auf. Das erste Element ist auf einer Seite der
Hauptoberfläche S1 des ersten Halbleitersubstrats 20a angeordnet.
Das erste Element kann ein Element sein, das eine Steuerschaltung
eines Sensorelements zur Erfassung einer dynamischen Größe
bildet. Das zweite Halbleitersubstrat 30a weist ein zweites
Element auf. Das zweite Element ist auf einer Seite einer Hauptoberfläche
S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30a angeordnet. Das zweite
Element kann das Sensorelement zur Erfassung einer dynamischen Größe
sein. Das erste Halbleitersubstrat 20a und das zweite Halbleitersubstrat 30a sind
derart aneinander befestigt, dass die Hauptoberfläche S1
des ersten Halbleitersubstrats 20a der Hauptoberfläche
S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30a gegenüberliegt.
Das zweite Halbleitersubstrat 30a weist eine Verdrahtungsschicht
L4 auf der Seite der Hauptoberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30a auf.
Die Halbleitervorrichtung 100 weist Löcher T6
und T7 auf, die von einer Rückoberfläche des ersten
Halbleitersubstrats 20a durch das erste Halbleitersubstrat 20a zur
Verdrahtungsschicht L4 gebildet sind. Seitenwände der Löcher
T6 und T7 sind isoliert, und die Löcher T6 und T7 sind
mit einem leitfähigen Material gefüllt, um Ziehverdrahtungsschichten
V6 und V7 zu bilden.
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(Dritte Ausführungsform)
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Nachstehend
wird eine Halbleitervorrichtung 100b gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die 6 beschrieben.
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Die
Halbleitervorrichtung 100b weist ein erstes Halbleitersubstrat 20b und
ein zweites Halbleitersubstrat 30b auf. Das erste Halbleitersubstrat 20b weist
ein erstes Element auf. Das erste Element ist auf einer Seite der
Hauptoberfläche S1 des ersten Halbleitersubstrats 20b angeordnet.
Das erste Element kann ein Sensorelement zur Erfassung einer dynamischen
Größe sein. Das zweite Halbleitersubstrat 30b weist
ein zweites Element auf. Das zweite Element ist auf einer Seite
einer Hauptoberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30b angeordnet.
Das zweite Element kann ein Element sein, das eine Steuerschaltung
des Sensorelements zur Erfassung einer dynamischen Größe
bildet. Das erste Halbleitersubstrat 20b und das zweite
Halbleitersubstrat 30b sind derart aneinander befestigt,
dass die Hauptoberfläche S1 des ersten Halbleitersubstrats 20b der
Hauptoberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30b gegenüberliegt.
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Das
Sensorelement zur Erfassung einer dynamischen Größe,
das auf der Seite der Hauptoberfläche S1 des ersten Halbleitersubstrats
gebildet ist, weist bewegliche Elektroden E1 und feste Elektroden E2
auf. Die beweglichen Elektroden E1 sind beweglich. Jede der beweglichen
Elektroden E1 weist eine Oberfläche auf, die einer Oberfläche
einer benachbarten der festen Elektroden E2 gegenüberliegt.
Das erste Halbleitersubstrat 20b weist eine Verdrahtungsschicht
L5 auf der Seite der Hauptoberfläche S1 auf. Das zweite
Halbleitersubstrat 30b weist eine Verdrahtungsschicht L6
auf der Seite der Hauptoberfläche S2 auf. Jede der Verdrahtungsschichten
L5 und L6 kann als Elektrode dienen. Die beweglichen Elektroden
E1 sind zwischen den Verdrahtungsschichten L5 und L6 angeordnet.
Die Halbleitervorrichtung 100b weist Löcher T8
und T9 auf, die von einer Rückoberfläche des ersten
Halbleitersubstrats 20b durch das erste Halbleitersubstrat 20b zu
den Verdrahtungsschichten L5 und L6 gebildet sind. Seitenwände der
Löcher T8 und T9 sind isoliert, und die Löcher
T8 und T9 sind mit einem leitfähigen Element gefüllt,
um Ziehverdrahtungsschichten V8 und V9 zu bilden.
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Die
Halbleitervorrichtung 100b kann eine in einer Richtung
senkrecht zu den gegenüberliegenden Oberflächen,
d. h. in einer Rechts-links-Richtung in der 6, aufgebrachte
dynamische Größe erfassen. Ferner kann die Halbleitervorrichtung 100b eine in
einer vertikalen Richtung, d. h. in einer Aufwärts-abwärts-Richtung
in der 6, aufgebrachte dynamische Größe
erfassen, durch eine Kombination der Verdrahtungsschichten L5 und
L6 und der beweglichen Elektroden E1.
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Bei
jeder der Halbleitervorrichtungen 100a und 100b können
das erste Element und das zweite Element hermetisch versiegelt werden,
indem das erste Halbleitersubstrat 20a, 20b und
das zweite Halbleitersubstrat 30a, 30b derart
aneinander befestigt werden, dass die Hauptoberfläche S1
des ersten Halbleitersubstrats 20a, 20b der Hauptoberfläche
S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30a, 30b gegenüberliegt.
Ferner können Verdrahtungsverbindungen zum ersten Element
und zum zweiten Element, die dreidimensional angeordnet sind, mit
Bestimmtheit gebildet werden.
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Bei
jeder der Halbleitervorrichtungen 100, 100a und 100b kann
das erste Element oder das zweite Element des Sensorelement zur
Erfassung einer dynamischen Größe und das andere
der beiden Elemente das Element sein, welches die Steuerschaltung des
Sensorelements zur Erfassung einer dynamischen Größe
bildet. Das erste Element und das zweite Element können
irgendein beliebiges Sensorelement und irgendein beliebiges Element, das
eine Steuerschaltung des Sensorelements bildet, sein. So kann beispielsweise
jede der Halbleitervorrichtungen 100, 100a, 100b eine
Sensorvorrichtung mit einem Infrarotstrahlung aussendenden Element
und einem Infrarotstrahlung empfangenden Element sein. In diesem
Fall kann das Sensorelement das Infrarotstrahlung aussendende Element oder
das Infrarotstrahlung empfangende Element aufweisen. Alternativ
können das erste Element und das zweite Element andere
Elemente sein, ohne auf ein Sensorelement und ein eine Steuerschaltung
des Sensorelements bildendes Element beschränkt zu sein.
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(Vierte Ausführungsform)
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Nachstehend
wird eine Halbleitervorrichtung 100c gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die 7 beschrieben.
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Die
Halbleitervorrichtung 100c weist ein erstes Halbleitersubstrat 20c und
ein zweites Halbleitersubstrat 30c auf. Das erste Halbleitersubstrat 20c weist
ein erstes Element auf. Das erste Element ist auf einer Seite der
Hauptoberfläche S1 des ersten Halbleitersubstrats 20c angeordnet.
Das erste Element kann ein Bildsensorelement IS sein. Das zweite Halbleitersubstrat 30c weist
ein zweites Element auf. Das zweite Element ist auf einer Seite
einer Hauptoberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30c angeordnet.
Das zweite Element kann ein Element sein, das eine Steuerschaltung
des Bildsensorelements IS bildet. Das erste Halbleitersubstrat 20c und
das zweite Halbleitersubstrat 30c sind derart aneinander
befestigt, dass die Hauptoberfläche S1 des ersten Halbleitersubstrats 20c der
Hauptoberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30c gegenüberliegt.
Das erste Halbleitersubstrat 20c weist eine Verdrahtungsschicht
L7 auf der Seite der Hauptoberfläche S1 auf. Die Verdrahtungsschicht
L7 bildet eine Elektrode, die mit dem Bildsensorelement IS verbunden
ist. Die Halbleitervorrichtung 100c weist Löcher
T10 und T11 auf, die von einer Rückoberfläche
des ersten Halbleitersubstrats 20c durch das erste Halbleitersubstrat 20c zur
Verdrahtungsschicht L7 gebildet sind. Seitenwände der Löcher
T10 und T11 sind isoliert, und die Löcher T10 und T11 sind
mit einem leitfähigen Element gefüllt, um Ziehverdrahtungsschichten
V10 und V11 zu bil den. Das zweite Halbleitersubstrat 30c weist
ein Loch HW über dem Bildsensorelement IS auf. Auf einer
Rückoberfläche des zweiten Halbleitersubstrats 30c ist
ein Lichteinfallsfenster IW, das aus einer Glasplatte aufgebaut
ist, befestigt, um das Loch HW abzudecken. Der Bildsensor IS empfängt
Licht über das Lichteinfallsfenster IW.
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Auch
bei der Halbleitervorrichtung 100c können das
erste Element und das zweite Element hermetisch versiegelt werden,
indem das erste Halbleitersubstrat 20c und das zweite Halbleitersubstrat 30c derart
aneinander befestigt werden, dass die Hauptoberfläche S1
des ersten Halbleitersubstrats 20c der Hauptoberfläche
S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30c gegenüberliegt.
Ferner können Verdrahtungsverbindungen zum ersten Element
und zum zweiten Element, die dreidimensional angeordnet sind, mit Bestimmtheit
gebildet werden.
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Das
erste Element und das zweite Element bei den vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen können ein beliebiges Sensorelement
und ein beliebiges Element, das eine Steuerschaltung des Sensorelements
bildet, sein. Wenn das erste Element oder das zweite Element das
Sensorelement zur Erfassung einer dynamischen Größe
ist, wird der Abstand K zwischen den gegenüberliegenden
Oberflächen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode
vorgesehen. Auch wenn das erste Element oder das zweite Element
das Sensorelement zur Erfassung einer dynamischen Größe
ist, welches den Abstand K benötigt, und das andere der
beiden Elemente das die Steuerschaltung des Sensorelements zur Erfassung
einer dynamischen Größe bildende Element ist,
können das erste Element und das zweite Element mit Bestimmtheit
hermetisch versiegelt werden und kann eine Abmessung einer Sensorvorrichtung
zur Erfassung einer dynamischen Größe beschränkt
werden.
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Nachstehend
wird jede der Ziehverdrahtungsschichten V1 bis V11 näher
beschrieben.
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Eine
in den 8A und 8B gezeigte Ziehverdrahtungsschicht
V12 weist einen Aufbau ähnlich jedem Aufbau der Ziehverdrahtungsschichten
V1 bis V11 auf. Bei einem in der 8A gezeigten
Beispiel ist ein Bondhügel B auf der Ziehverdrahtungsschicht
V12 gebildet. Bei einem in der 8B gezeigten
Beispiel ist ein Draht W an die Zieh verdrahtungsschicht V12 gebondet.
In den 8A und 8B sind
ein erstes Halbleitersubstrat 20d und ein zweites Halbleitersubstrat 30d umgekehrt
angeordnet, bezüglich der Halbleitervorrichtungen 100, 100a bis 100c.
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Das
zweite Halbleitersubstrat 30d weist eine Verdrahtungsschicht
L8 auf, die auf einer Hauptoberfläche des zweiten Halbleitersubstrats 30 angeordnet ist.
Ein Loch T12 ist von einer Rückoberfläche des ersten
Halbleitersubstrats 20d durch das erste Halbleitersubstrat 20d zur
Verdrahtungsschicht L8 gebildet. Das erste Halbleitersubstrat 20d und
das zweite Halbleitersubstrat 30d sind einer Wärmebehandlung unterzogen
worden, um so eine isolierende Schicht 24 auf einer Seitenwand
des Lochs T12 zu bilden. Das Loch T12 ist mit dem leitfähigen
Element gefüllt. Die Verdrahtungsschicht L8 in der 6 kann
im ersten Halbleitersubstrat 20d gebildet sein.
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An
der Ziehverdrahtungsschicht V12 in den 8A und 8B ragt
das leitfähige Element 40 derart aus dem Loch
T12 auf die Rückoberfläche des ersten Halbleitersubstrats 20d hervor,
dass es zu einer Außenseite freiliegt. Bei dem in der 8A gezeigten
Beispiel ist der das leitfähige Element 40 verbindende
Bondhügel B gebildet. Bei dem in der 8B gezeigten
Beispiel ist der Draht W an das leitfähige Element 40 gebondet.
Da das leitfähige Element 40 auf der Rückoberfläche
des ersten Halbleitersubstrats 20d gebildet ist, um nach
Außerhalb freizuliegen, kann der Bondhügel B direkt
auf dem leitfähigen Element 40 angeordnet und
der Draht W direkt an das leitfähige Element 40 gebondet
sein.
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Bei
jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind
das erste Halbleitersubstrat mit dem ersten Element, das auf der
Hauptoberfläche des ersten Halbleitersubstrats gebildet
ist, und das zweite Halbleitersubstrat mit dem zweiten Element, das
auf der Hauptoberfläche des zweiten Halbleitersubstrats
gebildet ist, derart aneinander befestigt, dass die Hauptoberfläche
des ersten Halbleitersubstrats der Hauptoberfläche des
zweiten Halbleitersubstrats gegenüberliegt. Dadurch, dass
das erste Halbleitersubstrat und das zweite Halbleitersubstrat aneinander
befestigt werden, können das erste Element und das zweite
Element hermetisch versiegelt werden. Ferner können die
Verdrahtungsverbindungen zum ersten Element und zum zweiten Element
mit Bestimmtheit gebildet werden.
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Vorstehend
wurden eine Halbleitervorrichtung mit mehreren Halbleitersubstraten
und ein Verfahren zu deren Fertigung offenbart.
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In
einer Halbleitervorrichtung 100 weist ein erstes Halbleitersubstrat 20 ein
erstes Element auf einer Seite einer ersten Oberfläche
S1 des ersten Halbleitersubstrats 20 und ein zweites Halbleitersubstrat 30 ein
zweites Element und ein Verdrahtungsteil L1, L2 auf einer Seite
einer zweiten Oberfläche S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30 auf.
Das erste Halbleitersubstrat 20 und das zweite Halbleitersubstrat 30 sind
derart aneinander befestigt, dass die erste Oberfläche
S1 des ersten Halbleitersubstrats 20 der ersten Oberfläche
S2 des zweiten Halbleitersubstrats 30 gegenüberliegt.
Ein Loch T1 bis T4 ist von einer zweiten Oberfläche des
ersten Halbleitersubstrats 20 durch das erste Halbleitersubstrat 20 zum
Verdrahtungsteil L1, L2 vorgesehen, wobei eine Seitenwand des Lochs
T1 bis T4 isoliert ist. Ein Ziehverdrahtungsteil V1 bis V4 aus einem
leitfähigen Element 40 füllt das Loch
T1 bis T4.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2004-333133
A [0002, 0003]
- - US 6936491 [0002]
- - US 7153718 [0002]