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JP2007317822A - 基板処理方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理方法及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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JP2007317822A
JP2007317822A JP2006144893A JP2006144893A JP2007317822A JP 2007317822 A JP2007317822 A JP 2007317822A JP 2006144893 A JP2006144893 A JP 2006144893A JP 2006144893 A JP2006144893 A JP 2006144893A JP 2007317822 A JP2007317822 A JP 2007317822A
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JP
Japan
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substrate
semiconductor chip
support substrate
semiconductor
processed
Prior art date
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Application number
JP2006144893A
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English (en)
Inventor
Masaki Hatano
正喜 波多野
Hiroshi Asami
浅見　　博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to US11/799,023 priority patent/US7691672B2/en
Priority to TW096116647A priority patent/TW200805557A/zh
Priority to KR1020070049998A priority patent/KR20070113991A/ko
Priority to CN200710104506A priority patent/CN100580869C/zh
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Abstract

【課題】仮固定性及び剥離性が必要な接着剤を用いることなく基板を適正に支持でき、かつ支持基板の除去も適正に行うことができる基板支持方法及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】支持基板２９と半導体チップ（被処理基板）２０Ａとの接合を、半導体チップ２０Ａ上に形成した接合用バンプ２７を介した溶融接合により行うようにし、また、支持基板２９の除去を当該支持基板２９の研磨加工で行う。これにより、従来必要とされていた仮固定性と剥離性をもつ接着剤を不要とし、接着剤の耐熱温度や耐薬品性の制約を受けることなく半導体チップ２０Ａに対する加工プロセスを実施でき、例えば密着性に優れた絶縁膜の成膜や、端子面の安定したパターン加工が可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば半導体基板等の被処理基板を支持基板で支持した状態で処理するための基板処理方法及びこの方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
近年、電子機器の高機能化や軽薄短小化の要求に伴って、電子部品の高密度集積化や高密度実装化が進み、フリップチップ実装を用いたＭＣＭ（マルチチップモジュール）又はＳＩＰ（システムインパッケージ）タイプの半導体装置が主流になりつつある。この種の半導体装置の中には、第１の半導体チップの上に第２の半導体チップをフリップチップ実装した構成を採用したものがある。
図１３はこの種の従来の半導体装置の概略構成を示す断面図である。図示した半導体装置は、第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ２とによって構成されている。第２の半導体チップ２は第１の半導体チップ１の主面のほぼ中央部に複数のバンプ３を用いてフリップチップ実装されている。第１の半導体チップ１の周縁部には、第２の半導体チップ２が実装される領域を取り囲む状態で複数の電極パッド４が形成されている。また、第１の半導体チップ１の主面上であって、チップ実装領域と電極パッド４の形成領域との間にはダム５が設けられている。ダム５は、電極パッド４の形成領域よりも内側でチップ実装領域を取り囲むように平面視矩形状の枠型に形成されている。そして、第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ２との間には、アンダーフィル材６が充填されている。
以上のように構成される従来の半導体装置は、図１３に示すように実装基板７上に接着材料層８を介して接着された後、第１の半導体チップ１上の電極パッド４と実装基板７上のランド９との間にボンディングワイヤ１０を介して電気的接続が行われている。
近年、この種のＭＣＭ又はＳＩＰタイプの半導体装置においては、信号処理の高速化や実装面積の低減等が求められている。すなわち、図１３に示したワイヤボンディング方式で実装される半導体装置は、ボンディングワイヤ１０の配線長に起因する信号伝達の遅延やボンディングワイヤ１０の引き回しに必要な実装面積の確保が問題となる。
そこで、図１４に模式的に示すように、第１の半導体チップ１に対して、上層側の第２の半導体チップ２と接合されるバンプ３と、下層側の実装基板７と接合されるバンプ１２との間を層間接続するビア（貫通電極）１１を形成するようにすれば、信号速度の高速化と実装面積の低減とを同時に実現することができるので非常に有利である。
貫通電極を形成するには、加工時間の短縮と狭ピッチ化を実現するため、ウェーハを薄厚化する必要がある。従来より、ウェーハの薄厚化には裏面研削（バックグラインディング）が実施されている。そこで、貫通電極の形成方法として、ウェーハ表面に貫通電極を埋め込み形成した後、ウェーハ裏面を研削して貫通電極の端子面を外部に露出させる方法が知られている（下記特許文献１参照）。
また、ウェーハの厚さが薄くなるとウェーハに反りが発生し易くなり、ハンドリングが困難となる。そこで、ウェーハの表面に支持基板（サポート基板）を接着し、ウェーハの支持性を高める一方で、被処理基板に対する処理が完了したときは、被処理基板から支持基板を適正に除去する必要がある。
上述ように、支持基板とウェーハとの間を接着する接着剤には、ウェーハ加工プロセスに耐えられる仮固定性と、ウェーハ加工プロセス完了後の剥離性が要求されている。そして、接着剤の剥離技術に関しては、接着剤を溶剤により溶解除去する方法、紫外線照射で接着性を低下させる方法等が提案されている（下記特許文献２，３参照）。
図１５〜図１７は第１の従来例としての半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
まず、図１５Ａに示すように、シリコンからなる基板本体（半導体基板）１０１の表面に、トランジスタ等の半導体素子や配線１０３、絶縁層１０４等からなる素子層１０２が形成されたウェーハ１００を準備する。この素子層１０２の表面には配線層１０３の一部と導通する電極パッド１０５が形成されているとともに、基板本体１０１の表面には配線層１０３の一部と導通する埋込導体層１０６Ｐが形成されている。
次に、図１５Ｂに示すように、素子層１０２表面の電極パッド１０５上に、はんだバンプ１０７を形成する。続いて、図１５Ｃに示すように、はんだバンプ１０７を含む素子層１０２の表面全域に接着剤を塗布して接着材料層１０８を形成するともに、この接着材料層１０８の上に支持基板１０９を接着する。支持基板１０９は、その面内に剥離液供給用の複数の貫通孔１０９ａが形成されたガラス基板あるいはシリコン基板で構成されている。
続いて、図１５Ｄに示すように、支持基板１０９でウェーハ１００を支持した状態で、基板本体１０１の裏面を研削し、基板本体１０１を所定厚に薄厚化するとともに、薄厚化された基板本体１０１ｔの裏面から貫通電極（埋込導体層）１０６の先端部１０６ａを露出させる。なお、図では簡易的に示しているが、薄厚化した基板本体１０１ｔは、実際は素子層１０２よりも厚く形成され、支持基板１０９は、実際は基板本体１０１ｔよりも厚く形成されている。また、図１５Ｄ以降は、ウェーハ１００の表裏を反転して示す。
その後、図１６Ｅに示すように、基板本体１０１ｔの裏面に絶縁膜１１１を形成するとともに、貫通電極１０６の先端部１０６ａ上に外部接続端子１１２を形成する。そして図１６Ｆに示すように、この外部接続端子１１２上に半導体チップ１１３をフリップチップ実装した後、図１６Ｇに示すように、その実装部にアンダーフィル層１１４を形成する。
次に、図１７Ｈに示すように、接着材料層１０８から支持基板１０９を剥離する。支持基板１０９は、支持基板１０９の面内に形成された複数の貫通孔１０９ａを介して剥離液（例えばアルコール）を供給し接着材料層１０８を溶解することで剥離される。そして、図１７Ｉに示すように接着材料層１０８を溶解除去した後、ウェーハ１００をチップ単位で個片化（ダイシング）することで、図１５Ｊに示すように貫通電極１０６を備えたチップオンチップ構造の半導体装置１００Ａが作製される。
続いて、図１８〜図２０は第２の従来例としての半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。なお、図において上述の第１の従来例と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本従来例において、ウェーハ１００の表面に、はんだバンプ１０７を形成した後、支持基板を接着する工程は第１の従来例と同様である（図１８Ａ〜図１８Ｃ）。但し、本従来例において、支持基板１１９は、紫外線の照射によって接着性が劣化する接着剤からなる接着材料層１１８を介してウェーハ１００の表面に接着されている点で、上述の第１の従来例と異なっている。支持基板１１９は、紫外線に対して透明なガラス基板で構成されている。
その後、第１の従来例と同様に、基板本体１０１の薄厚化（図１８Ｄ）、外部接続端子１１２の形成（図１９Ｅ）、半導体チップ１１３の実装（図１９Ｆ）、アンダーフィル層１１４の形成（図１９Ｇ）が行われる。その後、支持基板１１９を通して接着材料層１１８に紫外線を照射することで、ウェーハ１００から支持基板１１９の剥離工程が実施される（図２０Ｈ）。そして、ウェーハ１００をチップ単位で個片化（ダイシング）することで、図２０Ｉに示すように貫通電極１０６を備えたチップオンチップ構造の半導体装置１００Ａが作製される。
特開２００４−２４１４７９号公報 特開２００３−１７１６２４号公報 特開２００５−１９１５５０号公報
上述したように、ウェーハ１００と支持基板１０９，１１９との間を接着する接着材料層１０８，１１８には、ウェーハ加工プロセスに耐えられる仮固定性と、ウェーハ加工プロセス完了後の剥離性が要求されており、上述の従来例においては、接着材料層１０８，１１８として、有機溶剤で溶解される接着剤あるいは紫外線の照射により接着力が低下する接着剤が用いられている。
しかしながら、これらの接着剤は概して耐熱性が低く、耐熱温度以上に加熱されると接着性が低下するか剥離性が損なわれてしまうので、ウェーハ加工プロセスに接着材料層１０８，１１８の耐熱温度以上の高温処理を施すことができないという問題がある。
例えば、ＳｉＯ2 膜等の絶縁膜では成膜温度が高温なほど膜質に優れシリコン基板との密着性が向上するが、上述したように支持基板に接着支持されている基板に対しては、このような高温処理を施すことができず、低温ＣＶＤ法等の低温成膜法を用いざるを得ない。従って、基板本体１０１ｔの裏面に絶縁膜１１１を形成する工程（図１６Ｅ，図１９Ｅ）では、絶縁膜１１１の信頼性を確保するのが難しくなる。また、半導体チップ１１３の接合工程（図１６Ｆ，図１９Ｆ）では、接着材料層１０８，１１８の耐熱温度以下で溶融する低温はんだを用いる必要があり、材料選定上の制約が生じる。
また、上述の接着材料層１０８，１１８は、耐熱性だけでなく耐薬品性も低く、溶解や変質劣化等のダメージを受けずに処理できる薬品や処理方法に制約が生じる等の問題がある。特に、接着材料層１０８は、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）、ＥＣＡ（エチルセロソルブアセテート）等の溶剤を含むレジスト剥離液に対して耐性が低い。このため、絶縁膜１１１のパターニング工程や外部接続端子１１２の形成工程（図１６Ｅ）において、パターンレジストの処理方法に制約が生じる（ディップ処理が行えない）等の問題がある。
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、仮固定性及び剥離性が必要な接着材料層を用いることなく基板を適正に支持でき、かつ支持基板の除去も適正に行うことができる基板処理方法及び半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。
以上の課題を解決するに当たり、本発明の基板処理方法は、被処理基板の一方の面を支持基板に接合する工程と、支持基板で被処理基板を支持した状態で当該被処理基板を処理する工程と、支持基板を被処理基板から除去する工程とを有し、被処理基板を支持基板に接合する工程では、被処理基板上に形成した接合用バンプを溶融させて支持基板に接合し、支持基板を被処理基板から除去する工程では、支持基板を研磨加工して除去する。
本発明においては、支持基板と被処理基板との接合を、被処理基板上に形成した接合用バンプを介した溶融接合により行うようにし、また、支持基板の除去を当該支持基板の研磨加工で行うようにしているので、従来必要とされていた仮固定性と剥離性をもつ接着剤を不要とすることができる。これにより、接着剤の耐熱温度や耐薬品性の制約を受けることなく被処理基板に対する加工プロセスを実施できるので、例えば密着性に優れた絶縁膜の成膜や、端子面の安定したパターン加工が可能となる。
また、上述した本発明に係る基板処理方法を用いることで、下層側の半導体チップに層間接続用の貫通電極が形成されたチップオンチップ構造の半導体装置を高精度かつ高い信頼性をもって製造することができる。
すなわち、本発明の半導体装置の製造方法は、表面に外部接続用のバンプが形成された複数の第１の半導体チップを作製する工程と、複数の第１の半導体チップを上記バンプを介して支持基板上に接合する工程と、複数の第１の半導体チップ間に絶縁性材料を充填して支持基板上に擬似ウェーハを形成する工程と、擬似ウェーハを研磨して第１の半導体チップを薄厚化する工程と、第１の半導体チップの裏面にバンプと電気的に接続される外部接続端子を形成する工程と、外部接続端子の上に第２の半導体チップを実装する工程と、支持基板を研磨除去して上記バンプを露出させる工程と、擬似ウェーハをチップ単位で個片化する工程とを有する。
複数の第１の半導体チップは、共通の半導体ウェーハからチップ単位で個片化することで作製される。そこで、支持基板上にバンプ接合される半導体チップとして、作製された個々のチップから選択した良品のチップを用いることによって、製造される半導体装置の歩留まり向上を図ることができる。
第１の半導体チップに対する貫通電極の形成は、第１の半導体チップを支持基板で支持した状態での薄厚化工程の際に又は薄厚化工程を実施した後に、行うことができる。このとき、支持基板上の複数の第１の半導体チップの実装間隙を絶縁性材料で充填して第１の半導体チップを擬似ウェーハ化することで、この擬似ウェーハを研磨して複数の第１の半導体チップを同時に薄厚化できるとともに、研磨面の平坦性を維持して研磨処理の適正化を図ることができる。
第１の半導体チップの薄厚化工程の際に貫通電極を形成する方法としては、あらかじめ上記バンプと電気的に接続された埋込導体層をウェーハレベルの段階で形成しておき、チップ薄厚化の際に当該埋込導体層の先端部をチップ裏面から露出させる。そして、この端子面を処理して、上層側の第２の半導体チップと接合される外部接続端子を形成する。
支持基板の研磨除去は、第１の半導体チップの上に第２の半導体チップを実装した後に行われる。このとき、第２の半導体チップを封止樹脂層で封止しておくことで、研磨加工の際に擬似ウェーハ化された当該第１，第２の半導体チップ積層体を安定に支持することができる。また、支持基板の除去処理により露出された上記接合用のバンプは、そのまま外部端子として用いることができる。
以上のように、本発明の基板処理方法によれば、仮固定性及び剥離性が必要な接着剤を用いることなく、支持基板による被処理基板の支持、及び被処理基板からの支持基板の除去を適正に行うことができる。
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、層間接続用の貫通電極が形成されたチップオンチップ構造の半導体装置を、高精度かつ高い信頼性をもって製造することができる。
以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。以下の各実施形態では、チップオンチップ構造の半導体装置の製造に本発明を適用した例について説明する。
（第１の実施形態）
図１〜図６は本発明の第１の実施形態によるチップオンチップ構造の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
まず、図１Ａに示すように、シリコンからなる基板本体（半導体基板）２１の表面に、トランジスタ等の半導体素子や配線２３、絶縁層２４等からなる素子層２２が形成されたウェーハＷ１を準備する。ウェーハＷ１は、本発明に係る「被処理基板」に対応する。
素子層２２の表面には、配線２３の一部と電気的に接続される電極パッド２５が複数配置されており、これらの電極パッド２５の上にバンプ２７が形成されている。バンプ２７は、例えば、はんだバンプからなり、後述する支持基板２９に接合される本発明の「接合用バンプ」として機能する。
素子層２２には、あらかじめ、例えば銅からなる埋込導体層２６Ｐが形成されている。埋込導体層２６Ｐは基板本体２１を貫通しない所定の深さ（例えば２００μｍ以下）で形成されており、配線２３の一部を介して電極パッド２５（バンプ２７）と電気的に接続されている。なお、埋込導体層２６Ｐの周囲はＳｉＯ2 等の絶縁膜で被覆され、基板本体２１と電気的に絶縁されている。
そして、図１Ｂに示すように、ウェーハＷ１をチップ単位で個片化（ダイシング）して図示する半導体チップ２０Ａを複数作製する。この半導体チップ２０Ａは本発明の「第１の半導体チップ」に対応する。
次に、図２Ｃに示すように、作製した複数の半導体チップ２０Ａをバンプ２７を介して支持基板２９の上に接合する工程が行われる。支持基板２９には、半導体チップ２０Ａのバンプ２７の配列ピッチに対応してダミー端子２８が形成されており、これらのダミー端子２８にバンプ２７を溶融接合することで、支持基板２９上に半導体チップ２０Ａがその裏面を上向きにして一体固定される。支持基板２９に対する半導体チップ２０Ａの接合は、一般的なフリップチップ接合と同様の工法であるので、既存のマウンタ装置を用いて本工程を行うことができる。
支持基板２９は、ガラス基板やシリコン基板などの基板本体２１と同等の熱膨張係数を有する材料で構成されている。支持基板２９の厚さは特に制限されないが、後述するように半導体チップ２０Ａの実装間隙 に絶縁性材料を充填して擬似ウェーハ化し、当該擬似ウェーハを薄厚化する際にハンドリングできる程度の剛性を確保できる程度の厚さで形成されるのが好ましく、例えば７００μｍ以上の厚さとされる。
続いて、図２Ｄに示すように、フリップチップ接合した各々の半導体チップ２０Ａと支持基板２９との間にアンダーフィル用樹脂を充填してアンダーフィル層３０を形成する。アンダーフィル用樹脂としては、一般的なフリップチップ接合に使用されているエポキシ系等の熱硬化性樹脂を用いることができる。
次に、図３Ｅに示すように、支持基板２９上に接合されている半導体チップ２０Ａの実装間隙に絶縁性材料３１を充填し、上面が平坦化された擬似ウェーハＷｐを形成する工程が行われる。擬似ウェーハＷｐは、例えばウェーハレベルＣＳＰ(Chip Size Package）の作製に用いられるウェーハモールド技術を用いて形成される。絶縁性材料３１としては、ウェーハレベルＣＳＰ等で使われるウェーハモールド樹脂が用いられる。
上述のように、半導体チップ２０Ａを擬似ウェーハ化することで、以降の加工プロセスをウェーハ状態でハンドリングできることから、既存の加工装置をそのまま用いることができるようになる。また、支持基板２９に接合する半導体チップ２０Ａとして、あらかじめ電気的測定で選別された良品チップのみを使用し、ウェーハモールド技術で擬似ウェーハ化することで、良品チップのみが配置されたウェーハとして以降の加工プロセスに流すことができる。これにより、生産性及び歩留まりの向上を図ることが可能となる。
次に、図３Ｆに示すように、支持基板２９上に形成された擬似ウェーハＷｐを研磨して半導体チップ２０Ａの基板本体２１を薄厚化するとともに、薄厚化した基板本体２１ｔの裏面から貫通電極２６（埋込導体層２６Ｐ）の先端部２６ａを露出させる。
この工程では、例えば、貫通電極２６の先端部２６ａが基板本体２１の裏面（研磨面）から露出するまで基板本体２１を絶縁性材料３１とともに研磨した後、基板本体２１ｔの裏面に化学エッチングを施して貫通電極２６の先端部２６ａを突出させる。また、半導体チップ２０Ａの実装間隙を絶縁性材料３１が充填する構造であるので、研磨面を平坦に維持することができ、複数個の半導体チップ２０Ａの薄厚化を同時に適正かつ安定して行うことができる。なお、研磨方法としては、裏面研削（ＢＧＲ）、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等の公知のポリッシュ技術を単独又は組み合わせて使用することができる。
続いて、図４Ｇに示すように、半導体チップ２０Ａの裏面に絶縁膜３２を形成する等の所定の絶縁処理を施すとともに、貫通電極２６の先端部２６ａに外部接続端子３３を形成する。この外部接続端子３３は、貫通電極２６、配線２３、電極パッド２５を介してバンプ２７と電気的に接続されている。外部接続端子３３の形成は、ウェーハレベルＣＳＰ用の再配線技術や半導体プロセスの配線技術を用いて行うことができる。
次に、図４Ｈに示すように（第１の）半導体チップ２０Ａ上の外部接続端子３３に対して第２の半導体チップ２０Ｂを実装する。半導体チップ２０Ｂの実装面にはあらかじめバンプ３６が複数形成されており、これらのバンプ３６を介して外部接続端子３３上にフリップチップ接合される。
その後、図５Ｉに示すように、互いに接合された第１の半導体チップ２０Ａと第２の半導体チップ２０Ｂとの間にアンダーフィル層３４を形成する工程が行われる。アンダーフィル層３４を構成する樹脂材料は、例えば、図２Ｄを参照して説明したアンダーフィル層３０と同種の材料を用いることができる。
次に、図５Ｊに示すように、擬似ウェーハＷｐの上に封止層３５を形成し、各々の第２の半導体チップ２０Ｂの実装間隙を封止層３５の構成樹脂で充填して、擬似ウェーハＷｐの上面を平坦化する。封止層３５は、例えば、ウェーハレベルＣＳＰで用いられるウェーハモールド技術により形成可能である。封止層３５の構成樹脂は、例えば、ウェーハレベルＣＳＰ用のモールド樹脂を用いることができる。また、封止層３５の形成により、第１，第２の半導体チップ２０Ａ，２０Ｂの積層構造からなる半導体装置を支持基板２９上で擬似ウェーハ化することが可能となる。なお、必要に応じて、封止層３５に研磨加工を施して第２の半導体チップ２０Ｂの薄厚化を図るようにしてもよい。
続いて、図６Ｋに示すように、擬似ウェーハＷｐから支持基板２９を除去する工程が行われる。支持基板２９の除去は、ＢＧＲやＣＭＰ技術を用いた当該支持基板２９の研磨処理によって行われる。支持基板２９の除去工程は、擬似ウェーハＷｐの下面から第１の半導体チップ２０Ａのバンプ２７が露出するまで行われる。このとき、擬似ウェーハＷｐの上面が封止層３５で平坦化されているので、擬似ウェーハＷｐを研磨装置の支持治具で安定かつ適正に支持でき、支持基板２９の研磨処理の適正化を図ることができる。
バンプ２７は後に、図示しない実装基板に対する接続端子として用いることができる。また、バンプ２７はその周囲がアンダーフィル層３０で支持されているので、支持基板２９の研磨除去の際におけるバンプ２７の露出工程を適正に行うことができる。
最後に、図６Ｌに示すように、支持基板２９が除去された擬似ウェーハＷｐをチップ単位で個片化して、第１，第２の半導体チップ２０Ａ，２０Ｂの３次元積層構造からなる半導体装置２０を作製する。
半導体装置２０は、第１の半導体チップ２０Ａに形成された貫通電極２６を介して、第２の半導体チップ２０Ｂと第１の半導体チップ２０Ａとの間、及び第２の半導体チップ２０Ｂとバンプ２７との間の電気的接続が図られている。また、半導体装置２０は、第１の半導体チップ２０Ａの周囲を覆う絶縁性材料３１と、第２の半導体チップ２０Ｂの周囲を覆う封止層３５とにより、第１，第２半導体チップ２０Ａ，２０Ｂを外部から保護する外装パッケージが構成されている。
以上のように、本実施形態によれば、支持基板２９に対する半導体チップ２０Ａの接合を、半導体チップ２０Ａ上に形成した接合用バンプ２７を介した溶融接合により行うようにし、また、支持基板２９の除去を当該支持基板２９の研磨加工で行うようにしているので、従来必要とされていた仮固定性と剥離性をもつ接着剤を不要とすることができる。従って、接着剤の耐熱温度や耐薬品性の制約を受けることなく半導体チップ２０Ａに対する加工プロセスを実施できるので、例えば密着性に優れた絶縁膜３２の成膜や外部接続端子３３の安定したパターン加工（図４Ｇ）が可能となる。これにより、下層側の半導体チップ２０Ａに層間接続用の貫通電極２６が形成されたチップオンチップ構造の半導体装置２０を高精度かつ高い信頼性をもって製造することができる。
また、本実施形態によれば、第１の半導体チップ２０Ａは、共通の半導体ウェーハＷ１からチップ単位で個片化することで作製され、支持基板２９上にバンプ接合される半導体チップ２０Ａには、作製された個々のチップから選択した良品のチップを用いることができるので、製造される半導体装置２０の歩留まり向上を図ることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図７〜図１２は本発明の第２の実施形態によるチップオンチップ構造の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。なお、図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
まず、図７Ａに示すように、シリコンからなる基板本体（半導体基板）２１の表面に、トランジスタ等の半導体素子、配線２３、絶縁層２４等からなる素子層２２が形成されたウェーハＷ２を準備する。素子層２２の表面には、配線２３の一部と電気的に接続される電極パッド２５が複数配置されており、これらの電極パッド２５の上にバンプ２７が形成されている。そして、このウェーハＷ２をチップ単位に個片化して第１の半導体チップ２０Ｃを作製する。
ここで、本実施形態におけるウェーハＷ２は、第１の実施形態におけるウェーハＷ１とは異なり、基板内部に貫通電極形成用の埋込導体層は形成されておらず、後述する半導体チップ２０Ｃの薄厚化工程の後に、別途、貫通電極２６を形成するようにしている（図１０Ｇ）。
次に、図８Ｃに示すように、作製した複数の半導体チップ２０Ｃをバンプ２７を介して支持基板２９の上に接合する工程が行われる。支持基板２９には、半導体チップ２０Ｃのバンプ２７の配列ピッチに対応してダミー端子２８が形成されており、これらのダミー端子２８にバンプ２７を溶融接合することで、支持基板２９上に半導体チップ２０Ｃがその裏面を上向きにして一体固定される。
続いて、図８Ｄに示すように、フリップチップ接合した各々の半導体チップ２０Ｃと支持基板２９との間にアンダーフィル用樹脂を充填してアンダーフィル層３０を形成する。次に、図９Ｅに示すように、支持基板２９上に接合されている半導体チップ２０Ｃの実装間隙に絶縁性材料３１を充填し、上面が平坦化された擬似ウェーハＷｐを形成する工程が行われる。
半導体チップ２０Ｃを擬似ウェーハ化することで、以降の加工プロセスがウェーハ状態でハンドリングできることから、既存の加工装置をそのまま用いることができる。また、支持基板２９に接合する半導体チップ２０Ｃとして、あらかじめ電気的測定で選別された良品チップのみを使用し、ウェーハモールド技術で擬似ウェーハ化することで、良品チップのみが配置されたウェーハとして以降の加工プロセスに流すことができる。これにより、生産性及び歩留まりの向上を図ることが可能となる。
次に、図９Ｆに示すように、支持基板２９上に形成された擬似ウェーハＷｐを研磨して半導体チップ２０Ｃの基板本体２１を薄厚化する。そして、図１０Ｇに示すように、薄厚化した基板本体２１ｔの裏面から、基板本体２１ｔを貫通し所定の配線２３に一端が接続される貫通電極２６を形成する。貫通電極２６は、プラズマエッチング等のドライプロセスで層間接続孔を形成した後、この孔の内壁面の絶縁処理と銅等の導体めっきの形成工程を経て形成することができる。更に、半導体チップ２０Ｃの裏面に絶縁膜３２を形成する等の所定の絶縁処理を施すとともに、貫通電極２６の先端部に外部接続端子３３を形成する。この外部接続端子３３は、貫通電極２６、配線２３、電極パッド２５を介してバンプ２７と電気的に接続されている。
次に、図１０Ｈに示すように（第１の）半導体チップ２０Ｃ上の外部接続端子３３に対して第２の半導体チップ２０Ｂを実装する。半導体チップ２０Ｂの実装面にはあらかじめバンプ３６が複数形成されており、これらのバンプ３６を介して外部接続端子３３上にフリップチップ接合される。その後、図１１Ｉに示すように、互いに接合された第１の半導体チップ２０Ｃと第２の半導体チップ２０Ｂとの間にアンダーフィル層３４を形成する工程が行われる。
次に、図１１Ｊに示すように、擬似ウェーハＷｐの上に封止層３５を形成し、各々の第２の半導体チップ２０Ｂの実装間隙を封止層３５の構成樹脂で充填して、擬似ウェーハＷｐの上面を平坦化する。封止層３５の形成により、第１，第２の半導体チップ２０Ｃ，２０Ｂの積層構造からなる半導体装置を支持基板２９上で擬似ウェーハ化することが可能となる。なお、必要に応じて、封止層３５に研磨加工を施して第２の半導体チップ２０Ｂの薄厚化を図るようにしてもよい。
続いて、図１２Ｋに示すように、擬似ウェーハＷｐから支持基板２９を除去する工程が行われる。支持基板２９の除去は、ＢＧＲやＣＭＰ技術を用いた当該支持基板２９の研磨処理によって行われる。支持基板２９の除去工程は、擬似ウェーハＷｐの下面から第１の半導体チップ２０Ｃのバンプ２７が露出するまで行われる。このとき、擬似ウェーハＷｐの上面が封止層３５で平坦化されているので、擬似ウェーハＷｐを研磨装置の支持治具で安定かつ適正に支持でき、支持基板２９の研磨処理の適正化を図ることができる。
バンプ２７は後に、図示しない実装基板に対する接続端子として用いることができる。また、バンプ２７はその周囲がアンダーフィル層３０で支持されているので、支持基板２９の研磨除去の際におけるバンプ２７の露出工程を適正に行うことができる。
最後に、図１２Ｌに示すように、支持基板２９が除去された擬似ウェーハＷｐをチップ単位で個片化して、第１，第２の半導体チップ２０Ｃ，２０Ｂの３次元積層構造からなる半導体装置２０を作製する。半導体装置２０は、第１の半導体チップ２０Ｃに形成された貫通電極２６を介して、第２の半導体チップ２０Ｂと第１の半導体チップ２０Ｃとの間、及び第２の半導体チップ２０Ｂとバンプ２７との間の電気的接続が図られている。また、半導体装置２０は、第１の半導体チップ２０Ｃの周囲を覆う絶縁性材料３１と、第２の半導体チップ２０Ｂの周囲を覆う封止層３５とにより、第１，第２半導体チップ２０Ｃ，２０Ｂを外部から保護する外装パッケージが構成されている。
本実施形態の半導体装置２０の製造方法においても、上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
以上、本発明の各実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
例えば以上の実施形態では、チップオンチップ構造の半導体装置２０の製造に本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限られず、ウェーハレベルの被処理基板の裏面研削による薄厚化工程、当該被処理基板への素子搭載工程等の際にも本発明は適用可能である。
また、以上の実施の形態では、第１，第２の２つの半導体チップが積層された半導体装置の製造を例に挙げて説明したが、更に、半導体チップの積層数を増やしてもよい。この場合、下層側の半導体チップに対して層間接続用の貫通電極を上述の各実施形態と同様な方法で形成することができる。
本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 チップオンチップ構造の半導体装置の一構成例を模式的に示す断面図である。 チップオンチップ構造の半導体装置の他の構成例を模式的に示す断面図である。 第１の従来例による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 第１の従来例による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 第１の従来例による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 第２の従来例による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 第２の従来例による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 第２の従来例による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
符号の説明
２０…半導体装置、２０Ａ，２０Ｃ…第１の半導体チップ、２０Ｂ…第２の半導体チップ、２１，２１ｔ…基板本体、２２…素子層、２３…配線、２４…絶縁層、２５…電極パッド、２６…貫通電極、２６Ｐ…埋込導体層、２７…バンプ、２８…ダミー端子、２９…支持基板、３０，３４…アンダーフィル層、３１…絶縁性材料、３２…絶縁膜、３３…外部接続端子、３５…封止層、Ｗ１，Ｗ２…ウェーハ、Ｗｐ…擬似ウェーハ

Claims (7)

  1. 被処理基板の一方の面を支持基板に接合する工程と、前記支持基板で前記被処理基板を支持した状態で当該被処理基板を処理する工程と、前記支持基板を前記被処理基板から除去する工程とを有する基板処理方法であって、
    前記被処理基板を前記支持基板に接合する工程では、前記被処理基板上に形成した接合用バンプを溶融させて前記支持基板に接合し、
    前記支持基板を前記被処理基板から除去する工程では、前記支持基板を研磨加工して除去する
    ことを特徴とする基板処理方法。
  2. 前記被処理基板を処理する工程は、当該被処理基板の他方の面を研磨により薄厚化する工程を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記被処理基板を処理する工程は、当該被処理基板の他方の面に素子を実装する工程を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
  4. 表面に外部接続用のバンプが形成された複数の第１の半導体チップを作製する工程と、
    前記複数の第１の半導体チップを前記バンプを介して支持基板上に接合する工程と、
    前記複数の第１の半導体チップ間に絶縁性材料を充填して前記支持基板上に擬似ウェーハを形成する工程と、
    前記擬似ウェーハを研磨して前記第１の半導体チップを薄厚化する工程と、
    前記第１の半導体チップの裏面に前記バンプと電気的に接続される外部接続端子を形成する工程と、
    前記外部接続端子の上に第２の半導体チップを実装する工程と、
    前記支持基板を研磨除去して前記バンプを露出させる工程と、
    前記擬似ウェーハをチップ単位で個片化する工程とを有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 前記支持基板上に前記第１の半導体チップを接合した後、前記支持基板と前記第１の半導体チップとの間にアンダーフィル層を形成する工程を有する
    ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記第１の半導体チップの内部に、あらかじめ前記バンプと電気的に接続された埋込導体層を形成しておき、前記第１の半導体チップを薄厚化すると同時に、前記埋込導体層の先端部を前記第１の半導体チップの裏面から露出させて前記外部接続端子を形成する
    ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記第２の半導体チップを実装した後、当該第２の半導体チップを封止する封止樹脂層を形成する工程を有する
    ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
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