スタックエラーを測定することのできる三次元集積回路
【課題】スタックエラーを測定することのできる三次元集積回路を提供する。
【解決手段】三次元集積回路１００は、第１ウェハ１１０および第２ウェハ１２０を含む。第１ウェハ１１０は、第１導電パターン１１２を含む。第２ウェハ１２０は、第２導電パターン１２２を含み、第１導電パターン１１２に電気接続される。第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０の間の変位は、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の抵抗に基づいて決定される。
【解決手段】三次元集積回路１００は、第１ウェハ１１０および第２ウェハ１２０を含む。第１ウェハ１１０は、第１導電パターン１１２を含む。第２ウェハ１２０は、第２導電パターン１２２を含み、第１導電パターン１１２に電気接続される。第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０の間の変位は、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の抵抗に基づいて決定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元集積回路に関するものであり、特に、スタックエラー（stacking error）を測定することのできる三次元集積回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三次元（３Ｄ）集積回路は、半導体の応用において集積回路空間を効果的に利用するのに重要な役割を果たし、集積回路によって製造されるデバイスは、集積回路空間の用途が異なると大きさも異なる。三次元集積回路の発展において、異なるウェハ上の集積回路が三次元空間に正確に組み合わされているかどうかが、三次元集積回路の機能と性能に影響する。
【０００３】
三次元集積回路が正確に積み重ねられているかどうかを測定するための一般の技術は、ウェハの接触面上に一定の抵抗を有する２つの経路を刻み、貫通ビア技術を利用して経路上の測定接点をウェハ表面に導通するものである。２つの経路の測定接点を測定して同じ抵抗が得られた時は、三次元集積回路が正確に積み重なっていることを示す。逆に、２つの経路の測定接点を測定して異なる抵抗が得られた時は、三次元集積回路が正確に積み重なっておらず、ウェハ間に変位（displacement）エラーが存在することを示す。しかしながら、従来の測定方法では、変位量と変位方向を測定することができないため、変位量に対して修正を行うのは不可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ウェハスタッキング（wafer stacking）によって生じた変位を測定することによって、変位の方向と大きさを得ることのできる三次元集積回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第１ウェハおよび第２ウェハを含む三次元集積回路を提供する。第１ウェハは、第１導電パターンを含む。第２ウェハは、第２導電パターンを含み、第１導電パターンに電気接続される。第１ウェハと第２ウェハの間の変位は、第１導電パターンと第２導電パターンの抵抗に基づいて決定される。
【０００６】
本発明のある実施形態中、第１導電パターンは、複数の方向導電パターンと、第１中央導電パターンとを含む。少なくとも１つの方向導電パターンは、第２導電パターンに電気接続される。第１中央導電パターンは、これらの方向導電パターンの間に配置され、第２導電パターンに電気接続される。異なる方向の第１ウェハと第２ウェハの変位は、第１中央導電パターン、対応する方向導電パターンおよび第２導電パターンの抵抗に基づいて決定される。
【０００７】
本発明のある実施形態中、第２導電パターンは、第２中央導電パターンを含む。第２中央導電パターンは、第１導電パターンに電気接続される。異なる方向の第１ウェハと第２ウェハの変位は、第１中央導電パターン、対応する方向導電パターンおよび第２中央導電パターンの抵抗に基づいて決定される。
【０００８】
本発明のある実施形態中、各方向導電パターンは、複数の金属パッドと、複数の金属線とを含む。各金属線は、対応する金属パッドに電気接続される。第１導電パターンと第２導電パターンの抵抗は、少なくとも、第２導電パターンによって短絡した金属線の数および短絡した金属線の線幅に基づいて決定される。
【０００９】
本発明のある実施形態中、各方向導電パターンは、金属パッドと、ドープ領域と、複数の金属線とを含む。金属線は、ドープ領域を介して金属パッドに電気接続される。第１導電パターンと第２導電パターンの抵抗は、少なくとも、第２導電パターンによって短絡した金属線の数および短絡した金属線の線間抵抗（inter-line resistance）に基づいて決定される。
【００１０】
本発明のある実施形態中、第１導電パターンは、複数の方向導電パターンを含む。方向導電パターンは、第２導電パターンに電気接続される。特定方向の第１ウェハと第２ウェハの変位は、方向導電パターンおよび第２導電パターンの抵抗に基づいて決定される。
【００１１】
本発明のある実施形態中、第２導電パターンは、アイランドチェーン（island-chain）導電パターンを含む。アイランドチェーン導電パターンは、方向導電パターンに電気接続される。方向導電パターンとアイランドチェーン導電パターンは、デイジーチェーン（daisy chain）方式で配置される。
【００１２】
本発明のある実施形態中、各方向導電パターンは、複数の金属パッドと、ドープ領域と、複数の金属線とを含む。金属線は、ドープ領域を介して金属パッドに電気接続される。第１導電パターンと第２導電パターンの抵抗は、少なくとも、第２導電パターンによって短絡した金属線の数、方向導電パターンの数および短絡した金属線の線間抵抗に基づいて決定される。
【００１３】
本発明のある実施形態中、第１ウェハは、さらに、第３導電パターンを含む。第３導電パターンと第１導電パターンは、第１ウェハの２つの対向する側に配置される。
【００１４】
本発明のある実施形態中、第３導電パターンは、複数の金属パッドを含む。この金属パッドを測定接点として用いることによって、第１導電パターンと第２導電パターンの抵抗を測定する。
【００１５】
本発明のある実施形態中、第１導電パターンと第３導電パターンは、ＴＳＶ（through-silicon via）技術を介して電気接続される。
【発明の効果】
【００１６】
三次元集積回路内のウェハの接触面にある導電パターンの抵抗を測定することによって、ウェハスタッキングにより生じた変位エラーを得ることができる。
【００１７】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る三次元集積回路１００の概略図である。
【図２Ａ】図１の第１導電パターン１１２の配置を示す概略図である。
【図２Ｂ】図１の第２導電パターン１２２の配置を示す概略図である。
【図２Ｃ】図１の第３導電パターン１１４の配置を示す概略図である。
【図３】図１の第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の不一致を示す概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係る三次元集積回路１００’の概略図である。
【図５Ａ】図４の第１導電パターン１１２’の配置を示す概略図である。
【図５Ｂ】図４の第２導電パターン１２２’の配置を示す概略図である。
【図５Ｃ】図４の第３導電パターン１１４’の配置を示す概略図である。
【図６】図４の第１導電パターン１１２’と第２導電パターン１２２’の不一致を示す概略図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係る三次元集積回路１００”の概略図である。
【図８Ａ】図７の第１導電パターン１１２”の配置を示す概略図である。
【図８Ｂ】図７の第２導電パターン１２２”の配置を示す概略図である。
【図８Ｃ】図７の第３導電パターン１１４”の配置を示す概略図である。
【図９】図７の第１導電パターン１１２”と第２導電パターン１２２”の不一致を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
集積回路を測定する時、まず、どのようにして集積回路の表面から集積回路の内部回路を測定するのかという問題に直面する。従来の技術では、通常、ＴＳＶ技術を利用して電気接続する。ＴＳＶ技術を使って電気接続のためのバイア（via）に穴をあけ、ウェハの表面に金属パッドを配置して測定する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係る三次元集積回路１００の概略図である。図１を参照すると、本実施形態の三次元集積回路１００は、第１ウェハ１１０と、第２ウェハ１２０とを含み、第１ウェハ１１０は、第２ウェハ１２０の上に積み重ねられる。本実施形態において、第１ウェハ１１０は、第１導電パターン１１２と、第３導電パターン１１４とを含み、それぞれ第１ウェハ１１０の表面Ｓ１とＳ３に配置される。第２ウェハ１２０は、第２ウェハ１２０の表面Ｓ２に配置され、第１導電パターン１１２に電気接続された第２導電パターン１２２を含む。本実施形態において、第１導電パターン１１２および第３導電パターン１１４は、複数のＴＳＶ１１６を介して電気接続されるため、電気測定装置（図示せず）は、第３導電パターン１１４の複数の金属パッドを介して、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の抵抗を測定することができる。第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０の間の変位は、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の抵抗に基づいて決定される。
【００２１】
図２Ａは、図１の第１導電パターン１１２の配置を示す概略図である。図１および図２Ａを参照すると、本実施形態において、第１導電パターン１１２は、中央導電パターンＣ１と、複数の方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒとを含む。中央導電パターンＣ１は、方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒの間に配置され、第２導電パターン１２２に電気接続される。ここで、中央導電パターンＣ１は、長方形の金属パッドであり、第１導電パターン１１２の中央に配置されるが、本発明はこれに限定されない。
【００２２】
本実施形態において、各方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒは、複数の金属パッドと、複数の金属線とを含む。金属パッドは、金属線に順番に接続される。本実施形態において、方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒは、それぞれ第１導電パターン１１２の上、下、左、右に配置され、中央導電パターンＣ１は、方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒに取り囲まれる。本実施形態において、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の抵抗は、少なくとも、第２導電パターン１２２によって短絡した金属線ＭＬの数および短絡した金属線ＭＬの線幅に基づいて決定され、第２導電パターン１２２と合わせて後で説明する。注意すべきこととして、「上」、「下」、「左」および「右」という用語は、図２の方向を説明する目的で使用するものであって、本発明を限定する意図はない。
【００２３】
図２Ｂは、図１の第２導電パターン１２２の配置を示す概略図である。図１および図２Ｂを参照すると、第２導電パターン１２２は、中央導電パターンＣ２を含む。中央導電パターンＣ２は、中央導電パターンＣ１に対応する位置で、第２ウェハ１２０の表面Ｓ２に配置される。第１導電パターン１１２の中央導電パターンＣ１と同じように、中央導電パターンＣ２も長方形の金属パッドであるが、本発明はこれに限定されない。第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０が積み重なった時に、これらの間にエラーが存在しなかった場合、中央導電パターンＣ２が中央導電パターンＣ１に順番に重なる。これに比較して、第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０の間にエラーが存在した場合、中央導電パターンＣ２が中央導電パターンＣ１に重なるだけでなく、方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒの金属線ＭＬの一部にも重なるため、第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０は、両者の異なるスタック関係により異なる導電状態を有する。言い換えると、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の導電状態は、少なくとも、第２導電パターン１２２によって短絡した金属線ＭＬの数によって変化する。
【００２４】
図２Ｃは、図１の第３導電パターン１１４の配置を示す概略図である。図１および図２Ｃを参照すると、第３導電パターン１１４は、第１導電パターン１１２の反対側にある第１ウェハ１１０の表面Ｓ３に配置される。第３導電パターン１１４は、複数の金属パッドを含み、第１導電パターン１１２の金属パッドに対応して１対１（one-to-one）で配置され、ＴＳＶを介して第１ウェハ１１０の表面Ｓ１にある金属パッドに電気接続される。電気測定装置（図示せず）は、第３導電パターン１１４の金属パッドを介して、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の導通状態を測定することができる。
【００２５】
図３は、図１の第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の不一致（mismatch）を示す概略図である。図１から図３を参照すると、本実施形態において、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の間のスタックにエラーがあった場合、中央導電パターンＣ２が中央導電パターンＣ１に重なるだけでなく、方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒの金属線ＭＬの一部にも重なるため、第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０は、異なるスタック変位エラーにより異なる短絡状態を有する。
【００２６】
詳しく説明すると、図１の構造において、三次元集積回路１００は、複数のＴＳＶ１１６と、簡単な金属接続（すなわち、金属線と金属パッド）とを含む。これにより、第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０を組み合わせた後、その異なる方向の変位（すなわち、位置合わせ（alignment）エラー）を測定することができる。作動原理は、以下の通りである。第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０を組み合わせた時、第２ウェハ１２０の表面Ｓ２にある中央導電パターンＣ２が第１ウェハ１１０の表面Ｓ１にある金属線ＭＬに接触して、中央導電パターンＣ１に対応するＴＳＶ１１６と他の金属パッドに対応するＴＳＶ１１６を導通させる。上述した導通の数とその位置に基づいて、組み合わせた後の第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０の位置合わせエラーが得られる。
【００２７】
例えば、図３において、第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０は、組み合わせた後に変位エラーが生じるため、金属パッドＬ１、Ｌ２、Ｌ３、金属パッドＢ１、Ｂ２および中央導電パターンＣ１が短絡して、他の金属線が開路になる。そのため、三次元集積回路１００の変位エラーは、左の３つの線幅（３Ｗ）と下の２つの線幅（２Ｗ）である。言い換えると、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の抵抗は、少なくとも、第２導電パターン１２２によって短絡した金属線ＭＬの数および短絡した金属線ＭＬの線幅に基づいて決定される。さらに、第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０の間の変位は、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の導通状態に基づいて決定される。つまり、変位は、第２導電パターン１２２によって短絡した金属線ＭＬの数かける金属線ＭＬの線幅に等しい。本実施形態において、導電パターンの導通の数（低抵抗の数）に基づいてウェハの変位を決定する方法は、例えば、ルックアップテーブル（look-up table）中のウェハの変位と導電パターンの抵抗の間の対応関係を記録する方法である。導電パターンの低抵抗を測定した時、ウェハの変位は、ルックアップテーブルに記録された対応関係を捜索することによって決定することができる。さらに、ルックアップテーブルに記録された対応関係は、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の異なる設計構造によって変化する。
【００２８】
そのため、本実施形態の三次元集積回路１００は、少なくとも、簡単に製造でき、単純に決定できる（つまり、電気特性に基づいて変位エラーを決定する）、金属線が導通しているかどうかに基づいて決定できる、いかなる能動／受動部品も使用する必要がないといった利点を有する。さらに、本実施形態の第１導電パターン１１２は、製造中にドーピング過程を行う必要がないため、サーマルバジェット（thermal budget）の現象を軽減することができる。
【００２９】
注意すべきこととして、本実施形態において、金属パッドの数と金属線ＭＬの幅は、本発明に限定されない。設計者は、実際の設計要求に基づいて、方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒの金属パッドの数を調整してもよく、その数は同じである必要はない。また、金属線ＭＬの線幅も任意に調整してもよく、金属線の線幅も同じである必要はない。
【００３０】
図４は、本発明の別の実施形態に係る三次元集積回路１００’の概略図である。図１および図４を参照すると、本実施形態の三次元集積回路１００’は、図１の三次元集積回路１００に類似しており、両者の主な相違点は、本実施形態の三次元集積回路１００’の第１導電パターン１１２’と第３導電パターン１１４’がそれぞれ比較的少ない金属パッドを有することである。
【００３１】
詳しく説明すると、図５Ａは、図４の第１導電パターン１１２’の配置を示す概略図である。図４から図５Ａを参照すると、図１の実施形態と比較して、本実施形態の方向導電パターン１１２Ｕ’、１１２Ｄ’、１１２Ｌ’、１１２Ｒ’は、それぞれ金属パッドと、ドープ領域と、複数の金属線とを含む。方向導電パターン１１２Ｄ’を例にして説明すると、方向導電パターン１１２Ｄ’は、金属パッドＤと、ドープ領域１１３と、複数の金属線ＭＬとを含む。ドープ領域１１３は、例えば、三次元集積回路１００のドープ領域が製造されている間に製造され、中央導電パターンＣ３と金属線ＭＬを導通するために使用される。金属線ＭＬは、対応するドープ領域１１３の上に平行に配列される。
【００３２】
図５Ｂは、図４の第２導電パターン１２２’の配置を示す概略図である。図４から図５Ｂを参照すると、図２Ｂの第２導電パターン１２２に類似して、本実施形態の第２導電パターン１２２’は、中央導電パターンＣ３に対応する第２導電パターン１２２’の中央に配置された中央導電パターンＣ４を含み、中央導電パターンＣ４もまた長方形の金属パッドであるが、本発明はこれに限定されない。
【００３３】
図５Ｃは、図４の第３導電パターン１１４’の配置を示す概略図である。図４から図５Ｃを参照すると、図２Ｃの実施形態と比較して、本実施形態の各方向導電パターンは、１つの金属パッドしか含まないため、第３導電パターン１１４’は、５つの金属パッド（中央導電パターンＣ３に対応する１つの金属パッドを含む）のみを有する。そのため、第１導電パターン１１２’と第３導電パターン１１４’の金属パッドの数に基づいて、第1ウェハ１１０’は、５つのＴＳＶ１１６’のみを必要とする。したがって、本実施形態の三次元集積回路１００’は、少なくとも、簡単に製造でき、ＴＳＶの数が少なく、コストが低い等の利点を有する。
【００３４】
図６は、図４の第１導電パターン１１２’と第２導電パターン１２２’の不一致を示す概略図である。図４から図６を参照すると、本実施形態において、第１導電パターン１１２’と第２導電パターン１２２’の間のスタックにエラーがあった場合、中央導電パターンＣ４が中央導電パターンＣ３に重なるだけでなく、方向導電パターン１１２Ｕ’、１１２Ｄ’、１１２Ｌ’、１１２Ｒ’の金属線ＭＬの一部にも重なるため、第１ウェハ１１０’と第２ウェハ１２０’は、異なるスタック関係により異なる抵抗を有する。
【００３５】
詳しく説明すると、図４の構造において、方向導電パターンの各金属線は、三次元集積回路１００’のドーピング方法に基づいて、固定された線間抵抗を有する。第１ウェハ１１０’と第２ウェハ１２０’にいったん変位が生じると、第２ウェハ１２０’の表面Ｓ２’にある中央導電パターンＣ４が第１ウェハ１１０’の表面Ｓ１’にある金属線ＭＬに接触し、中央導電パターンＣ４に接触している金属線ＭＬが金属線ＭＬの下のドープ領域１１３の抵抗の影響を受けずに短絡する。それから、ＴＳＶ１１６’を介して第１ウェハ１１０’の表面Ｓ３’にある金属パッドを測定して、第１導電パターン１１２’と第２導電パターン１２２’の抵抗を得た後、その抵抗に基づいて、第１ウェハ１１０’と第２ウェハ１２０’の間の変位エラーを決定する。
【００３６】
例えば、図６において、第１ウェハ１１０’と第２ウェハ１２０’は、組み合わせた後に変位エラーが生じるため、図６に示すように、中央導電パターンＣ４は、中央導電パターンＣに相対して左下にシフトする。各金属線の線間抵抗がｒ、方向導電パターンの各金属パッドＬ、Ｕ、Ｒ、Ｄと中央導電パターンＣ３の間の抵抗をＲwとすると、第１導電パターン１１２’と第２導電パターン１２２’の複数の抵抗は、以下の通りである。
【００３７】
ＲC3U＝ＲC3R＝ＲW
ＲC3L＝ＲW−４×ｒ
ＲC3D＝ＲW−２×ｒ
【００３８】
式中、ＲC3U、ＲC3R、ＲC3LおよびＲC3Dは、それぞれ中央導電パターンＣ３と方向導電パターン１１２Ｕ’、１１２Ｄ’、１１２Ｌ’、１１２Ｒ’の間の抵抗である。
【００３９】
言い換えると、第１導電パターン１１２’と第２導電パターン１２２’の抵抗は、少なくとも、第２導電パターン１２２’によって短絡した金属線ＭＬの数および短絡した金属線の線間抵抗に基づいて決定される。さらに、第１ウェハ１１０’と第２ウェハ１２０’の間の変位は、第１導電パターン１１２’と第２導電パターン１２２’の抵抗に基づいて決定される。つまり、変位は、方向導電パターンの金属パッドと中央導電パターンの間の抵抗から第２導電パターン１２２’によって短絡した金属線ＭＬの数を引き、金属線ＭＬの線間抵抗をかけた値に等しい。
【００４０】
図７は、本発明の別の実施形態に係る三次元集積回路１００”の概略図である。図４および図７を参照すると、本実施形態の三次元集積回路１００”は、図４の三次元集積回路１００’に類似するが、両者の相違点は、本実施形態の第１導電パターン１１２”が特定の方向に沿って配置された複数の方向導電パターン１１２Ｙを含み、本実施形態の第２導電パターン１２２”が方向導電パターン１１２Ｙに電気接続されたアイランドチェーン導電パターンを含むことである。
【００４１】
詳しく説明すると、図８Ａは、図７の第１導電パターン１１２”の配置を示す概略図である。図７および図８Ａを参照すると、各方向導電パターン１１２Ｙは、２つの金属パッドＹ１およびＹ２と、ドープ領域１１３’と、複数の金属線ＭＬとを含む。ドープ領域１１３’は、例えば、三次元集積回路１００’のドープ領域が製造されている間に製造され、各方向導電パターンの金属パッドＹ１およびＹ２と対応する金属線ＭＬを導通するために使用される。金属線ＭＬは、対応するドープ領域１１３’の上に平行に配列される。本実施形態において、方向導電パターン１１２Ｙは水平方向に沿って配列され、垂直方向に沿って第１ウェハ１１０”と第２ウェハ１２０”の変位を測定する。注意すべきこととして、「垂直」および「水平」という用語は、図８Ａの方向を説明する目的で使用しているのであって、本発明の方向導電パターンの配置を限定する意図はない。
【００４２】
図８Ｂは、図７の第２導電パターン１２２”の配置を示す概略図である。図７から図８Ｂを参照すると、本実施形態の第２導電パターン１２２”は、第1導電パターン１１２”の配置と合わせて図８Ｂのチェーン型パターンに配列された複数の長方形金属パッドＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を含み、アイランドチェーン導電パターンと称されるが、本発明の第２導電パターン１２２”を限定するために用いるものではない。第1導電パターン１１２”と第２導電パターン１２２”の抵抗は、少なくとも、第２導電パターン１２２”によって短絡した金属線ＭＬの数、方向導電パターン１１２Ｙの数、および短絡した金属線の線間抵抗に基づいて決定される。
【００４３】
図８Ｃは、図７の第３導電パターン１１４”の配置を示す概略図である。図７から図８Ｃを参照すると、本実施形態の第３導電パターン１１４”は、図８Ｃに示した第1導電パターン１１２”と合わせて配置された複数の長方形金属パッドを含む。本実施形態において、第３導電パターン１１４”は、２つの長方形金属パッドしか含まないため、第1導電パターン１１２”が第２導電パターン１２２”に接触した時、２つの長方形金属パッドを介して測定を行うことができる。言い換えると、第1導電パターン１１２”と第２導電パターン１２２”の抵抗を測定するには、第1導電パターン１１２”と第３導電パターン１１４”の間に２つのＴＳＶ１１６”を配置するだけでよいため、製造コストを効果的に減らすことができる。
【００４４】
さらに、図９は、図７の第１導電パターン１１２”と第２導電パターン１２２”の不一致を示す概略図である。図７から図９を参照すると、本実施形態において、第１導電パターン１１２”と第２導電パターン１２２”の間のスタックが、垂直方向に沿ってエラーがあった場合、第２導電パターン１２２”が方向導電パターン１１２Ｙの金属パッドＹ１およびＹ２に重なるだけでなく、金属線ＭＬの一部にも重なるため、第１ウェハ１１０”と第２ウェハ１２０”は、異なるスタック関係により異なる抵抗を有する。
【００４５】
図７の構造において、第１ウェハ１１０”の表面Ｓ１”にある各金属線ＭＬは、ドーピング方法に基づいて、固定された線間抵抗を有する。この時、第１ウェハ１１０’と第２ウェハ１２０’を組み合わせた後に垂直の変位が生じた場合、測定中に生成された電流は、第１導電パターン１１２”の方向導電パターンと第２導電パターン１２２”のアイランドチェーン導電パターンを流れる。方向導電パターンとアイランドチェーン導電パターンは、デイジーチェーン方式で配置される。生成された電流は、変位により生じた抵抗を増強する。
【００４６】
例えば、図７において、第１ウェハ１１０”と第２ウェハ１２０”を組み合わせた後に変位エラーが生じたため、図９に示すように、第２導電パターン１２２”は、第１導電パターン１１２”に相対して左下にシフトする。各金属線の線間抵抗をρ、方向導電パターンの数をｍ、第２導電パターン１２２”によって短絡した金属線ＭＬの数をｎとすると、左下の金属パッドＹ２と右上の金属パッドＹ１の間の△Ｒは、以下の式により測定される。
【００４７】
△Ｒ＝ｍ×ｎ×ρ
【００４８】
本実施形態において、ｍ＝３、ｎ＝９である。言い換えると、第１導電パターン１１２”と第２導電パターン１２２”の抵抗は、少なくとも、第２導電パターン１２２”によって短絡した金属線ＭＬの数、方向導電パターン１１２Ｙの数、および短絡した金属線の線間抵抗に基づいて決定される。設計者は、実際の設計要求に基づいて、方向導電パターン１１２Ｙの数、および第２導電パターン１２２”によって短絡した金属線ＭＬの数を調整してもよく、これによって、第１ウェハ１１０”と第２ウェハ１２０”の変位によって生じた抵抗を効果的に増強させ、変位測定の感度を上げることができる。さらに、図１の実施形態または図４の実施形態を図７の実施形態と合わせて使用することによって、変位測定の感度を上げることもできる。
【００４９】
注意すべきこととして、本実施形態は、方向導電パターンを水平方向に沿って配列することによって、第１ウェハ１１０”と第２ウェハ１２０”の変位を垂直方向に沿って測定するが、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、方向導電パターンを垂直方向に沿って配列することによって、第１ウェハ１１０”と第２ウェハ１２０”の変位を水平方向に沿って測定してもよい。別の実施形態において、三次元集積回路１００”を異なる方向に沿って配列された２組の方向導電パターンと配置することによって、異なる方向の変位を測定してもよい。
【００５０】
以上のように、本発明は、三次元集積回路内のウェハの接触面にある導電パターンの抵抗を測定することによって、ウェハスタッキングにより生じた変位エラーを得ることができる。さらに、本発明の実施形態の構造を同じ三次元集積回路内に実装して、変位測定の感度を上げることもできる。
【００５１】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、スタックエラーを測定するための三次元集積回路に関するものである。
【符号の説明】
【００５３】
１００、１００’、１００” 三次元集積回路
１１０、１１０’、１１０” 第１ウェハ
１１２、１１２’、１１２” 第１導電パターン
１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒ、１１２Ｕ’、１１２Ｄ’、１１２Ｌ’、１１２Ｒ’ 方向導電パターン
１１３、１１３’ ドープ領域
１１４、１１４’、１１４” 第３導電パターン
１１６、１１６’、１１６” ＴＳＶ
１２０、１２０’、１２０” 第２ウェハ
１２２、１２２’、１２２” 第２導電パターン
Ｓ１、Ｓ３ 第１ウェハの表面
Ｓ２ 第２ウェハの表面
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４ 中央導電パターン
ＭＬ 金属線
Ｗ 金属線の線幅
Ｔ１〜Ｔ５、Ｂ１〜Ｂ５、Ｒ１〜Ｒ５、Ｌ１〜Ｌ５、Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄ、Ｙ１〜Ｙ２、Ｉ１〜Ｉ２ 金属パッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元集積回路に関するものであり、特に、スタックエラー（stacking error）を測定することのできる三次元集積回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三次元（３Ｄ）集積回路は、半導体の応用において集積回路空間を効果的に利用するのに重要な役割を果たし、集積回路によって製造されるデバイスは、集積回路空間の用途が異なると大きさも異なる。三次元集積回路の発展において、異なるウェハ上の集積回路が三次元空間に正確に組み合わされているかどうかが、三次元集積回路の機能と性能に影響する。
【０００３】
三次元集積回路が正確に積み重ねられているかどうかを測定するための一般の技術は、ウェハの接触面上に一定の抵抗を有する２つの経路を刻み、貫通ビア技術を利用して経路上の測定接点をウェハ表面に導通するものである。２つの経路の測定接点を測定して同じ抵抗が得られた時は、三次元集積回路が正確に積み重なっていることを示す。逆に、２つの経路の測定接点を測定して異なる抵抗が得られた時は、三次元集積回路が正確に積み重なっておらず、ウェハ間に変位（displacement）エラーが存在することを示す。しかしながら、従来の測定方法では、変位量と変位方向を測定することができないため、変位量に対して修正を行うのは不可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ウェハスタッキング（wafer stacking）によって生じた変位を測定することによって、変位の方向と大きさを得ることのできる三次元集積回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第１ウェハおよび第２ウェハを含む三次元集積回路を提供する。第１ウェハは、第１導電パターンを含む。第２ウェハは、第２導電パターンを含み、第１導電パターンに電気接続される。第１ウェハと第２ウェハの間の変位は、第１導電パターンと第２導電パターンの抵抗に基づいて決定される。
【０００６】
本発明のある実施形態中、第１導電パターンは、複数の方向導電パターンと、第１中央導電パターンとを含む。少なくとも１つの方向導電パターンは、第２導電パターンに電気接続される。第１中央導電パターンは、これらの方向導電パターンの間に配置され、第２導電パターンに電気接続される。異なる方向の第１ウェハと第２ウェハの変位は、第１中央導電パターン、対応する方向導電パターンおよび第２導電パターンの抵抗に基づいて決定される。
【０００７】
本発明のある実施形態中、第２導電パターンは、第２中央導電パターンを含む。第２中央導電パターンは、第１導電パターンに電気接続される。異なる方向の第１ウェハと第２ウェハの変位は、第１中央導電パターン、対応する方向導電パターンおよび第２中央導電パターンの抵抗に基づいて決定される。
【０００８】
本発明のある実施形態中、各方向導電パターンは、複数の金属パッドと、複数の金属線とを含む。各金属線は、対応する金属パッドに電気接続される。第１導電パターンと第２導電パターンの抵抗は、少なくとも、第２導電パターンによって短絡した金属線の数および短絡した金属線の線幅に基づいて決定される。
【０００９】
本発明のある実施形態中、各方向導電パターンは、金属パッドと、ドープ領域と、複数の金属線とを含む。金属線は、ドープ領域を介して金属パッドに電気接続される。第１導電パターンと第２導電パターンの抵抗は、少なくとも、第２導電パターンによって短絡した金属線の数および短絡した金属線の線間抵抗（inter-line resistance）に基づいて決定される。
【００１０】
本発明のある実施形態中、第１導電パターンは、複数の方向導電パターンを含む。方向導電パターンは、第２導電パターンに電気接続される。特定方向の第１ウェハと第２ウェハの変位は、方向導電パターンおよび第２導電パターンの抵抗に基づいて決定される。
【００１１】
本発明のある実施形態中、第２導電パターンは、アイランドチェーン（island-chain）導電パターンを含む。アイランドチェーン導電パターンは、方向導電パターンに電気接続される。方向導電パターンとアイランドチェーン導電パターンは、デイジーチェーン（daisy chain）方式で配置される。
【００１２】
本発明のある実施形態中、各方向導電パターンは、複数の金属パッドと、ドープ領域と、複数の金属線とを含む。金属線は、ドープ領域を介して金属パッドに電気接続される。第１導電パターンと第２導電パターンの抵抗は、少なくとも、第２導電パターンによって短絡した金属線の数、方向導電パターンの数および短絡した金属線の線間抵抗に基づいて決定される。
【００１３】
本発明のある実施形態中、第１ウェハは、さらに、第３導電パターンを含む。第３導電パターンと第１導電パターンは、第１ウェハの２つの対向する側に配置される。
【００１４】
本発明のある実施形態中、第３導電パターンは、複数の金属パッドを含む。この金属パッドを測定接点として用いることによって、第１導電パターンと第２導電パターンの抵抗を測定する。
【００１５】
本発明のある実施形態中、第１導電パターンと第３導電パターンは、ＴＳＶ（through-silicon via）技術を介して電気接続される。
【発明の効果】
【００１６】
三次元集積回路内のウェハの接触面にある導電パターンの抵抗を測定することによって、ウェハスタッキングにより生じた変位エラーを得ることができる。
【００１７】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る三次元集積回路１００の概略図である。
【図２Ａ】図１の第１導電パターン１１２の配置を示す概略図である。
【図２Ｂ】図１の第２導電パターン１２２の配置を示す概略図である。
【図２Ｃ】図１の第３導電パターン１１４の配置を示す概略図である。
【図３】図１の第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の不一致を示す概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係る三次元集積回路１００’の概略図である。
【図５Ａ】図４の第１導電パターン１１２’の配置を示す概略図である。
【図５Ｂ】図４の第２導電パターン１２２’の配置を示す概略図である。
【図５Ｃ】図４の第３導電パターン１１４’の配置を示す概略図である。
【図６】図４の第１導電パターン１１２’と第２導電パターン１２２’の不一致を示す概略図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係る三次元集積回路１００”の概略図である。
【図８Ａ】図７の第１導電パターン１１２”の配置を示す概略図である。
【図８Ｂ】図７の第２導電パターン１２２”の配置を示す概略図である。
【図８Ｃ】図７の第３導電パターン１１４”の配置を示す概略図である。
【図９】図７の第１導電パターン１１２”と第２導電パターン１２２”の不一致を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
集積回路を測定する時、まず、どのようにして集積回路の表面から集積回路の内部回路を測定するのかという問題に直面する。従来の技術では、通常、ＴＳＶ技術を利用して電気接続する。ＴＳＶ技術を使って電気接続のためのバイア（via）に穴をあけ、ウェハの表面に金属パッドを配置して測定する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係る三次元集積回路１００の概略図である。図１を参照すると、本実施形態の三次元集積回路１００は、第１ウェハ１１０と、第２ウェハ１２０とを含み、第１ウェハ１１０は、第２ウェハ１２０の上に積み重ねられる。本実施形態において、第１ウェハ１１０は、第１導電パターン１１２と、第３導電パターン１１４とを含み、それぞれ第１ウェハ１１０の表面Ｓ１とＳ３に配置される。第２ウェハ１２０は、第２ウェハ１２０の表面Ｓ２に配置され、第１導電パターン１１２に電気接続された第２導電パターン１２２を含む。本実施形態において、第１導電パターン１１２および第３導電パターン１１４は、複数のＴＳＶ１１６を介して電気接続されるため、電気測定装置（図示せず）は、第３導電パターン１１４の複数の金属パッドを介して、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の抵抗を測定することができる。第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０の間の変位は、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の抵抗に基づいて決定される。
【００２１】
図２Ａは、図１の第１導電パターン１１２の配置を示す概略図である。図１および図２Ａを参照すると、本実施形態において、第１導電パターン１１２は、中央導電パターンＣ１と、複数の方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒとを含む。中央導電パターンＣ１は、方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒの間に配置され、第２導電パターン１２２に電気接続される。ここで、中央導電パターンＣ１は、長方形の金属パッドであり、第１導電パターン１１２の中央に配置されるが、本発明はこれに限定されない。
【００２２】
本実施形態において、各方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒは、複数の金属パッドと、複数の金属線とを含む。金属パッドは、金属線に順番に接続される。本実施形態において、方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒは、それぞれ第１導電パターン１１２の上、下、左、右に配置され、中央導電パターンＣ１は、方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒに取り囲まれる。本実施形態において、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の抵抗は、少なくとも、第２導電パターン１２２によって短絡した金属線ＭＬの数および短絡した金属線ＭＬの線幅に基づいて決定され、第２導電パターン１２２と合わせて後で説明する。注意すべきこととして、「上」、「下」、「左」および「右」という用語は、図２の方向を説明する目的で使用するものであって、本発明を限定する意図はない。
【００２３】
図２Ｂは、図１の第２導電パターン１２２の配置を示す概略図である。図１および図２Ｂを参照すると、第２導電パターン１２２は、中央導電パターンＣ２を含む。中央導電パターンＣ２は、中央導電パターンＣ１に対応する位置で、第２ウェハ１２０の表面Ｓ２に配置される。第１導電パターン１１２の中央導電パターンＣ１と同じように、中央導電パターンＣ２も長方形の金属パッドであるが、本発明はこれに限定されない。第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０が積み重なった時に、これらの間にエラーが存在しなかった場合、中央導電パターンＣ２が中央導電パターンＣ１に順番に重なる。これに比較して、第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０の間にエラーが存在した場合、中央導電パターンＣ２が中央導電パターンＣ１に重なるだけでなく、方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒの金属線ＭＬの一部にも重なるため、第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０は、両者の異なるスタック関係により異なる導電状態を有する。言い換えると、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の導電状態は、少なくとも、第２導電パターン１２２によって短絡した金属線ＭＬの数によって変化する。
【００２４】
図２Ｃは、図１の第３導電パターン１１４の配置を示す概略図である。図１および図２Ｃを参照すると、第３導電パターン１１４は、第１導電パターン１１２の反対側にある第１ウェハ１１０の表面Ｓ３に配置される。第３導電パターン１１４は、複数の金属パッドを含み、第１導電パターン１１２の金属パッドに対応して１対１（one-to-one）で配置され、ＴＳＶを介して第１ウェハ１１０の表面Ｓ１にある金属パッドに電気接続される。電気測定装置（図示せず）は、第３導電パターン１１４の金属パッドを介して、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の導通状態を測定することができる。
【００２５】
図３は、図１の第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の不一致（mismatch）を示す概略図である。図１から図３を参照すると、本実施形態において、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の間のスタックにエラーがあった場合、中央導電パターンＣ２が中央導電パターンＣ１に重なるだけでなく、方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒの金属線ＭＬの一部にも重なるため、第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０は、異なるスタック変位エラーにより異なる短絡状態を有する。
【００２６】
詳しく説明すると、図１の構造において、三次元集積回路１００は、複数のＴＳＶ１１６と、簡単な金属接続（すなわち、金属線と金属パッド）とを含む。これにより、第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０を組み合わせた後、その異なる方向の変位（すなわち、位置合わせ（alignment）エラー）を測定することができる。作動原理は、以下の通りである。第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０を組み合わせた時、第２ウェハ１２０の表面Ｓ２にある中央導電パターンＣ２が第１ウェハ１１０の表面Ｓ１にある金属線ＭＬに接触して、中央導電パターンＣ１に対応するＴＳＶ１１６と他の金属パッドに対応するＴＳＶ１１６を導通させる。上述した導通の数とその位置に基づいて、組み合わせた後の第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０の位置合わせエラーが得られる。
【００２７】
例えば、図３において、第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０は、組み合わせた後に変位エラーが生じるため、金属パッドＬ１、Ｌ２、Ｌ３、金属パッドＢ１、Ｂ２および中央導電パターンＣ１が短絡して、他の金属線が開路になる。そのため、三次元集積回路１００の変位エラーは、左の３つの線幅（３Ｗ）と下の２つの線幅（２Ｗ）である。言い換えると、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の抵抗は、少なくとも、第２導電パターン１２２によって短絡した金属線ＭＬの数および短絡した金属線ＭＬの線幅に基づいて決定される。さらに、第１ウェハ１１０と第２ウェハ１２０の間の変位は、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の導通状態に基づいて決定される。つまり、変位は、第２導電パターン１２２によって短絡した金属線ＭＬの数かける金属線ＭＬの線幅に等しい。本実施形態において、導電パターンの導通の数（低抵抗の数）に基づいてウェハの変位を決定する方法は、例えば、ルックアップテーブル（look-up table）中のウェハの変位と導電パターンの抵抗の間の対応関係を記録する方法である。導電パターンの低抵抗を測定した時、ウェハの変位は、ルックアップテーブルに記録された対応関係を捜索することによって決定することができる。さらに、ルックアップテーブルに記録された対応関係は、第１導電パターン１１２と第２導電パターン１２２の異なる設計構造によって変化する。
【００２８】
そのため、本実施形態の三次元集積回路１００は、少なくとも、簡単に製造でき、単純に決定できる（つまり、電気特性に基づいて変位エラーを決定する）、金属線が導通しているかどうかに基づいて決定できる、いかなる能動／受動部品も使用する必要がないといった利点を有する。さらに、本実施形態の第１導電パターン１１２は、製造中にドーピング過程を行う必要がないため、サーマルバジェット（thermal budget）の現象を軽減することができる。
【００２９】
注意すべきこととして、本実施形態において、金属パッドの数と金属線ＭＬの幅は、本発明に限定されない。設計者は、実際の設計要求に基づいて、方向導電パターン１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒの金属パッドの数を調整してもよく、その数は同じである必要はない。また、金属線ＭＬの線幅も任意に調整してもよく、金属線の線幅も同じである必要はない。
【００３０】
図４は、本発明の別の実施形態に係る三次元集積回路１００’の概略図である。図１および図４を参照すると、本実施形態の三次元集積回路１００’は、図１の三次元集積回路１００に類似しており、両者の主な相違点は、本実施形態の三次元集積回路１００’の第１導電パターン１１２’と第３導電パターン１１４’がそれぞれ比較的少ない金属パッドを有することである。
【００３１】
詳しく説明すると、図５Ａは、図４の第１導電パターン１１２’の配置を示す概略図である。図４から図５Ａを参照すると、図１の実施形態と比較して、本実施形態の方向導電パターン１１２Ｕ’、１１２Ｄ’、１１２Ｌ’、１１２Ｒ’は、それぞれ金属パッドと、ドープ領域と、複数の金属線とを含む。方向導電パターン１１２Ｄ’を例にして説明すると、方向導電パターン１１２Ｄ’は、金属パッドＤと、ドープ領域１１３と、複数の金属線ＭＬとを含む。ドープ領域１１３は、例えば、三次元集積回路１００のドープ領域が製造されている間に製造され、中央導電パターンＣ３と金属線ＭＬを導通するために使用される。金属線ＭＬは、対応するドープ領域１１３の上に平行に配列される。
【００３２】
図５Ｂは、図４の第２導電パターン１２２’の配置を示す概略図である。図４から図５Ｂを参照すると、図２Ｂの第２導電パターン１２２に類似して、本実施形態の第２導電パターン１２２’は、中央導電パターンＣ３に対応する第２導電パターン１２２’の中央に配置された中央導電パターンＣ４を含み、中央導電パターンＣ４もまた長方形の金属パッドであるが、本発明はこれに限定されない。
【００３３】
図５Ｃは、図４の第３導電パターン１１４’の配置を示す概略図である。図４から図５Ｃを参照すると、図２Ｃの実施形態と比較して、本実施形態の各方向導電パターンは、１つの金属パッドしか含まないため、第３導電パターン１１４’は、５つの金属パッド（中央導電パターンＣ３に対応する１つの金属パッドを含む）のみを有する。そのため、第１導電パターン１１２’と第３導電パターン１１４’の金属パッドの数に基づいて、第1ウェハ１１０’は、５つのＴＳＶ１１６’のみを必要とする。したがって、本実施形態の三次元集積回路１００’は、少なくとも、簡単に製造でき、ＴＳＶの数が少なく、コストが低い等の利点を有する。
【００３４】
図６は、図４の第１導電パターン１１２’と第２導電パターン１２２’の不一致を示す概略図である。図４から図６を参照すると、本実施形態において、第１導電パターン１１２’と第２導電パターン１２２’の間のスタックにエラーがあった場合、中央導電パターンＣ４が中央導電パターンＣ３に重なるだけでなく、方向導電パターン１１２Ｕ’、１１２Ｄ’、１１２Ｌ’、１１２Ｒ’の金属線ＭＬの一部にも重なるため、第１ウェハ１１０’と第２ウェハ１２０’は、異なるスタック関係により異なる抵抗を有する。
【００３５】
詳しく説明すると、図４の構造において、方向導電パターンの各金属線は、三次元集積回路１００’のドーピング方法に基づいて、固定された線間抵抗を有する。第１ウェハ１１０’と第２ウェハ１２０’にいったん変位が生じると、第２ウェハ１２０’の表面Ｓ２’にある中央導電パターンＣ４が第１ウェハ１１０’の表面Ｓ１’にある金属線ＭＬに接触し、中央導電パターンＣ４に接触している金属線ＭＬが金属線ＭＬの下のドープ領域１１３の抵抗の影響を受けずに短絡する。それから、ＴＳＶ１１６’を介して第１ウェハ１１０’の表面Ｓ３’にある金属パッドを測定して、第１導電パターン１１２’と第２導電パターン１２２’の抵抗を得た後、その抵抗に基づいて、第１ウェハ１１０’と第２ウェハ１２０’の間の変位エラーを決定する。
【００３６】
例えば、図６において、第１ウェハ１１０’と第２ウェハ１２０’は、組み合わせた後に変位エラーが生じるため、図６に示すように、中央導電パターンＣ４は、中央導電パターンＣに相対して左下にシフトする。各金属線の線間抵抗がｒ、方向導電パターンの各金属パッドＬ、Ｕ、Ｒ、Ｄと中央導電パターンＣ３の間の抵抗をＲwとすると、第１導電パターン１１２’と第２導電パターン１２２’の複数の抵抗は、以下の通りである。
【００３７】
ＲC3U＝ＲC3R＝ＲW
ＲC3L＝ＲW−４×ｒ
ＲC3D＝ＲW−２×ｒ
【００３８】
式中、ＲC3U、ＲC3R、ＲC3LおよびＲC3Dは、それぞれ中央導電パターンＣ３と方向導電パターン１１２Ｕ’、１１２Ｄ’、１１２Ｌ’、１１２Ｒ’の間の抵抗である。
【００３９】
言い換えると、第１導電パターン１１２’と第２導電パターン１２２’の抵抗は、少なくとも、第２導電パターン１２２’によって短絡した金属線ＭＬの数および短絡した金属線の線間抵抗に基づいて決定される。さらに、第１ウェハ１１０’と第２ウェハ１２０’の間の変位は、第１導電パターン１１２’と第２導電パターン１２２’の抵抗に基づいて決定される。つまり、変位は、方向導電パターンの金属パッドと中央導電パターンの間の抵抗から第２導電パターン１２２’によって短絡した金属線ＭＬの数を引き、金属線ＭＬの線間抵抗をかけた値に等しい。
【００４０】
図７は、本発明の別の実施形態に係る三次元集積回路１００”の概略図である。図４および図７を参照すると、本実施形態の三次元集積回路１００”は、図４の三次元集積回路１００’に類似するが、両者の相違点は、本実施形態の第１導電パターン１１２”が特定の方向に沿って配置された複数の方向導電パターン１１２Ｙを含み、本実施形態の第２導電パターン１２２”が方向導電パターン１１２Ｙに電気接続されたアイランドチェーン導電パターンを含むことである。
【００４１】
詳しく説明すると、図８Ａは、図７の第１導電パターン１１２”の配置を示す概略図である。図７および図８Ａを参照すると、各方向導電パターン１１２Ｙは、２つの金属パッドＹ１およびＹ２と、ドープ領域１１３’と、複数の金属線ＭＬとを含む。ドープ領域１１３’は、例えば、三次元集積回路１００’のドープ領域が製造されている間に製造され、各方向導電パターンの金属パッドＹ１およびＹ２と対応する金属線ＭＬを導通するために使用される。金属線ＭＬは、対応するドープ領域１１３’の上に平行に配列される。本実施形態において、方向導電パターン１１２Ｙは水平方向に沿って配列され、垂直方向に沿って第１ウェハ１１０”と第２ウェハ１２０”の変位を測定する。注意すべきこととして、「垂直」および「水平」という用語は、図８Ａの方向を説明する目的で使用しているのであって、本発明の方向導電パターンの配置を限定する意図はない。
【００４２】
図８Ｂは、図７の第２導電パターン１２２”の配置を示す概略図である。図７から図８Ｂを参照すると、本実施形態の第２導電パターン１２２”は、第1導電パターン１１２”の配置と合わせて図８Ｂのチェーン型パターンに配列された複数の長方形金属パッドＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を含み、アイランドチェーン導電パターンと称されるが、本発明の第２導電パターン１２２”を限定するために用いるものではない。第1導電パターン１１２”と第２導電パターン１２２”の抵抗は、少なくとも、第２導電パターン１２２”によって短絡した金属線ＭＬの数、方向導電パターン１１２Ｙの数、および短絡した金属線の線間抵抗に基づいて決定される。
【００４３】
図８Ｃは、図７の第３導電パターン１１４”の配置を示す概略図である。図７から図８Ｃを参照すると、本実施形態の第３導電パターン１１４”は、図８Ｃに示した第1導電パターン１１２”と合わせて配置された複数の長方形金属パッドを含む。本実施形態において、第３導電パターン１１４”は、２つの長方形金属パッドしか含まないため、第1導電パターン１１２”が第２導電パターン１２２”に接触した時、２つの長方形金属パッドを介して測定を行うことができる。言い換えると、第1導電パターン１１２”と第２導電パターン１２２”の抵抗を測定するには、第1導電パターン１１２”と第３導電パターン１１４”の間に２つのＴＳＶ１１６”を配置するだけでよいため、製造コストを効果的に減らすことができる。
【００４４】
さらに、図９は、図７の第１導電パターン１１２”と第２導電パターン１２２”の不一致を示す概略図である。図７から図９を参照すると、本実施形態において、第１導電パターン１１２”と第２導電パターン１２２”の間のスタックが、垂直方向に沿ってエラーがあった場合、第２導電パターン１２２”が方向導電パターン１１２Ｙの金属パッドＹ１およびＹ２に重なるだけでなく、金属線ＭＬの一部にも重なるため、第１ウェハ１１０”と第２ウェハ１２０”は、異なるスタック関係により異なる抵抗を有する。
【００４５】
図７の構造において、第１ウェハ１１０”の表面Ｓ１”にある各金属線ＭＬは、ドーピング方法に基づいて、固定された線間抵抗を有する。この時、第１ウェハ１１０’と第２ウェハ１２０’を組み合わせた後に垂直の変位が生じた場合、測定中に生成された電流は、第１導電パターン１１２”の方向導電パターンと第２導電パターン１２２”のアイランドチェーン導電パターンを流れる。方向導電パターンとアイランドチェーン導電パターンは、デイジーチェーン方式で配置される。生成された電流は、変位により生じた抵抗を増強する。
【００４６】
例えば、図７において、第１ウェハ１１０”と第２ウェハ１２０”を組み合わせた後に変位エラーが生じたため、図９に示すように、第２導電パターン１２２”は、第１導電パターン１１２”に相対して左下にシフトする。各金属線の線間抵抗をρ、方向導電パターンの数をｍ、第２導電パターン１２２”によって短絡した金属線ＭＬの数をｎとすると、左下の金属パッドＹ２と右上の金属パッドＹ１の間の△Ｒは、以下の式により測定される。
【００４７】
△Ｒ＝ｍ×ｎ×ρ
【００４８】
本実施形態において、ｍ＝３、ｎ＝９である。言い換えると、第１導電パターン１１２”と第２導電パターン１２２”の抵抗は、少なくとも、第２導電パターン１２２”によって短絡した金属線ＭＬの数、方向導電パターン１１２Ｙの数、および短絡した金属線の線間抵抗に基づいて決定される。設計者は、実際の設計要求に基づいて、方向導電パターン１１２Ｙの数、および第２導電パターン１２２”によって短絡した金属線ＭＬの数を調整してもよく、これによって、第１ウェハ１１０”と第２ウェハ１２０”の変位によって生じた抵抗を効果的に増強させ、変位測定の感度を上げることができる。さらに、図１の実施形態または図４の実施形態を図７の実施形態と合わせて使用することによって、変位測定の感度を上げることもできる。
【００４９】
注意すべきこととして、本実施形態は、方向導電パターンを水平方向に沿って配列することによって、第１ウェハ１１０”と第２ウェハ１２０”の変位を垂直方向に沿って測定するが、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、方向導電パターンを垂直方向に沿って配列することによって、第１ウェハ１１０”と第２ウェハ１２０”の変位を水平方向に沿って測定してもよい。別の実施形態において、三次元集積回路１００”を異なる方向に沿って配列された２組の方向導電パターンと配置することによって、異なる方向の変位を測定してもよい。
【００５０】
以上のように、本発明は、三次元集積回路内のウェハの接触面にある導電パターンの抵抗を測定することによって、ウェハスタッキングにより生じた変位エラーを得ることができる。さらに、本発明の実施形態の構造を同じ三次元集積回路内に実装して、変位測定の感度を上げることもできる。
【００５１】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、スタックエラーを測定するための三次元集積回路に関するものである。
【符号の説明】
【００５３】
１００、１００’、１００” 三次元集積回路
１１０、１１０’、１１０” 第１ウェハ
１１２、１１２’、１１２” 第１導電パターン
１１２Ｕ、１１２Ｄ、１１２Ｌ、１１２Ｒ、１１２Ｕ’、１１２Ｄ’、１１２Ｌ’、１１２Ｒ’ 方向導電パターン
１１３、１１３’ ドープ領域
１１４、１１４’、１１４” 第３導電パターン
１１６、１１６’、１１６” ＴＳＶ
１２０、１２０’、１２０” 第２ウェハ
１２２、１２２’、１２２” 第２導電パターン
Ｓ１、Ｓ３ 第１ウェハの表面
Ｓ２ 第２ウェハの表面
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４ 中央導電パターン
ＭＬ 金属線
Ｗ 金属線の線幅
Ｔ１〜Ｔ５、Ｂ１〜Ｂ５、Ｒ１〜Ｒ５、Ｌ１〜Ｌ５、Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄ、Ｙ１〜Ｙ２、Ｉ１〜Ｉ２ 金属パッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電パターンを含む第１ウェハと、
第２導電パターンを含み、前記第１導電パターンに電気接続された第２ウェハと
を含み、
前記第１ウェハと前記第２ウェハの間の変位が、前記第１導電パターンと前記第２導電パターンの抵抗に基づいて決定される三次元集積回路。
【請求項２】
前記第１導電パターンが、
少なくとも１つが前記第２導電パターンに電気接続された複数の方向導電パターンと、
前記方向導電パターンの間に配置され、前記第２導電パターンに電気接続された第１中央導電パターンと
を含み、
異なる方向の前記第１ウェハと前記第２ウェハの変位が、前記第１中央導電パターン、前記対応する方向導電パターンおよび前記第２導電パターンの抵抗に基づいて決定される請求項１記載の三次元集積回路。
【請求項３】
前記第２導電パターンが、
前記第１導電パターンに電気接続された第２中央導電パターン
を含み、
前記異なる方向の前記第１ウェハと前記第２ウェハの変位が、前記第１中央導電パターン、前記対応する方向導電パターンおよび前記第２中央導電パターンの抵抗に基づいて決定される請求項２記載の三次元集積回路。
【請求項４】
前記各方向導電パターンが、
複数の金属パッドと、
それぞれが前記対応する金属パッドに電気接続された複数の金属線と
を含み、
前記第１導電パターンと前記第２導電パターンの前記抵抗が、少なくとも、前記第２導電パターンによって短絡した前記金属線の数および前記短絡した金属線の線幅に基づいて決定される請求項２記載の三次元集積回路。
【請求項５】
前記各方向導電パターンが、
金属パッドと、
ドープ領域と、
前記ドープ領域を介して前記金属パッドに電気接続された複数の金属線と
を含み、
前記第１導電パターンと前記第２導電パターンの前記抵抗が、少なくとも、前記第２導電パターンによって短絡した前記金属線の数および前記短絡した金属線の線間抵抗に基づいて決定される請求項２記載の三次元集積回路。
【請求項６】
前記第１導電パターンが、
前記第２導電パターンに電気接続された複数の方向導電パターン
を含み、
特定方向の前記第１ウェハと前記第２ウェハの変位が、前記方向導電パターンおよび前記第２導電パターンの抵抗に基づいて決定される請求項１記載の三次元集積回路。
【請求項７】
前記第２導電パターンが、
前記方向導電パターンに電気接続されたアイランドチェーン導電パターン
を含み、
前記方向導電パターンと前記アイランドチェーン導電パターンが、デイジーチェーン方式で配置される請求項６記載の三次元集積回路。
【請求項８】
前記各方向導電パターンが、
複数の金属パッドと、
ドープ領域と、
前記ドープ領域を介して前記金属パッドに電気接続された複数の金属線と
を含み、
前記第１導電パターンと前記第２導電パターンの前記抵抗が、少なくとも、前記第２導電パターンによって短絡した前記金属線の数、前記方向導電パターンの数および前記短絡した金属線の線間抵抗に基づいて決定される請求項６記載の三次元集積回路。
【請求項９】
前記第１ウェハが、
第３導電パターンをさらに含み、
前記第３導電パターンと前記第１導電パターンが、前記第１ウェハの２つの対向する側に配置された請求項１記載の三次元集積回路。
【請求項１０】
前記第３導電パターンが、複数の金属パッドを含み、前記金属パッドを測定接点として用いることによって、前記第１導電パターンと前記第２導電パターンの前記抵抗を測定する請求項９記載の三次元集積回路。
【請求項１１】
前記第１導電パターンと前記第３導電パターンが、ＴＳＶ技術を介して電気接続された請求項９記載の三次元集積回路。
【請求項１】
第１導電パターンを含む第１ウェハと、
第２導電パターンを含み、前記第１導電パターンに電気接続された第２ウェハと
を含み、
前記第１ウェハと前記第２ウェハの間の変位が、前記第１導電パターンと前記第２導電パターンの抵抗に基づいて決定される三次元集積回路。
【請求項２】
前記第１導電パターンが、
少なくとも１つが前記第２導電パターンに電気接続された複数の方向導電パターンと、
前記方向導電パターンの間に配置され、前記第２導電パターンに電気接続された第１中央導電パターンと
を含み、
異なる方向の前記第１ウェハと前記第２ウェハの変位が、前記第１中央導電パターン、前記対応する方向導電パターンおよび前記第２導電パターンの抵抗に基づいて決定される請求項１記載の三次元集積回路。
【請求項３】
前記第２導電パターンが、
前記第１導電パターンに電気接続された第２中央導電パターン
を含み、
前記異なる方向の前記第１ウェハと前記第２ウェハの変位が、前記第１中央導電パターン、前記対応する方向導電パターンおよび前記第２中央導電パターンの抵抗に基づいて決定される請求項２記載の三次元集積回路。
【請求項４】
前記各方向導電パターンが、
複数の金属パッドと、
それぞれが前記対応する金属パッドに電気接続された複数の金属線と
を含み、
前記第１導電パターンと前記第２導電パターンの前記抵抗が、少なくとも、前記第２導電パターンによって短絡した前記金属線の数および前記短絡した金属線の線幅に基づいて決定される請求項２記載の三次元集積回路。
【請求項５】
前記各方向導電パターンが、
金属パッドと、
ドープ領域と、
前記ドープ領域を介して前記金属パッドに電気接続された複数の金属線と
を含み、
前記第１導電パターンと前記第２導電パターンの前記抵抗が、少なくとも、前記第２導電パターンによって短絡した前記金属線の数および前記短絡した金属線の線間抵抗に基づいて決定される請求項２記載の三次元集積回路。
【請求項６】
前記第１導電パターンが、
前記第２導電パターンに電気接続された複数の方向導電パターン
を含み、
特定方向の前記第１ウェハと前記第２ウェハの変位が、前記方向導電パターンおよび前記第２導電パターンの抵抗に基づいて決定される請求項１記載の三次元集積回路。
【請求項７】
前記第２導電パターンが、
前記方向導電パターンに電気接続されたアイランドチェーン導電パターン
を含み、
前記方向導電パターンと前記アイランドチェーン導電パターンが、デイジーチェーン方式で配置される請求項６記載の三次元集積回路。
【請求項８】
前記各方向導電パターンが、
複数の金属パッドと、
ドープ領域と、
前記ドープ領域を介して前記金属パッドに電気接続された複数の金属線と
を含み、
前記第１導電パターンと前記第２導電パターンの前記抵抗が、少なくとも、前記第２導電パターンによって短絡した前記金属線の数、前記方向導電パターンの数および前記短絡した金属線の線間抵抗に基づいて決定される請求項６記載の三次元集積回路。
【請求項９】
前記第１ウェハが、
第３導電パターンをさらに含み、
前記第３導電パターンと前記第１導電パターンが、前記第１ウェハの２つの対向する側に配置された請求項１記載の三次元集積回路。
【請求項１０】
前記第３導電パターンが、複数の金属パッドを含み、前記金属パッドを測定接点として用いることによって、前記第１導電パターンと前記第２導電パターンの前記抵抗を測定する請求項９記載の三次元集積回路。
【請求項１１】
前記第１導電パターンと前記第３導電パターンが、ＴＳＶ技術を介して電気接続された請求項９記載の三次元集積回路。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−５８７３２（Ｐ２０１３−５８７３２Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１１６２４５（Ｐ２０１２−１１６２４５）
【出願日】平成２４年５月２２日（２０１２．５．２２）
【出願人】（５９８１３９７４８）國立交通大學 (92)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１１６２４５（Ｐ２０１２−１１６２４５）
【出願日】平成２４年５月２２日（２０１２．５．２２）
【出願人】（５９８１３９７４８）國立交通大學 (92)
【Ｆターム（参考）】
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