JP2020194820A - 半導体装置 - Google Patents
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Landscapes
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- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
Abstract
Description
[式(1a)中、R1aは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]で表される基、下記式(1b)
[式(1b)中、R1bは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]で表される基、下記式(1c)
[式(1c)中、R1cは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]で表される基、及び、下記式(1d)
[式(1d)中、R1dは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]で表される基からなる群から選択される1種以上の基を含む。
式(1a)中、R1aは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基であり、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基であり、より好ましくは、炭素数1〜4の直鎖状のアルキレン基並びに炭素数3又は4の分岐鎖状のアルキレン基であり、さらに好ましくはエチレン基、トリメチレン基及びプロピレン基であり、特に好ましくは、エチレン基及びトリメチレン基である。
式(1b)中、R1bは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基であり、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基であり、より好ましくは、炭素数1〜4の直鎖状のアルキレン基並びに炭素数3又は4の分岐鎖状のアルキレン基であり、さらに好ましくはエチレン基、トリメチレン基及びプロピレン基であり、特に好ましくは、エチレン基及びトリメチレン基である。
式(1c)中、R1cは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基であり、好ましくは、炭素数1〜4の直鎖状のアルキレン基並びに炭素数3又は4の分岐鎖状のアルキレン基であり、より好ましくはエチレン基、トリメチレン基及びプロピレン基であり、さらに好ましくは、エチレン基及びトリメチレン基である。
式(1d)中、R1dは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基であり、好ましくは、炭素数1〜4の直鎖状のアルキレン基並びに炭素数3又は4の分岐鎖状のアルキレン基であり、より好ましくは、エチレン基、トリメチレン基及びプロピレン基であり、さらに好ましくはエチレン基及びトリメチレン基である。
[R1SiO3/2] (1)
[R1SiO2/2(OR2)] (2)
式(1)及び式(2)中、R1が、式(1a)−(1d)で示される群から選択されるエポキシ含有基である。式(2)中、R2は、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である。
[R3SiO3/2] (3)
式(3)中、R3は、(メタ)アクリロイルオキシ基である。
[R4SiO3/2] (4)
式(4)中、R4は、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、又は、置換もしくは無置換のアラルキル基を表す。R4は、好ましくは、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、又は置換もしくは無置換のアリール基である。
[R4SiO2/2(OR2)] (5)
式(5)中、R4は、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、又は、置換もしくは無置換のアラルキル基を表す。具体的には式(4)におけるR4と同様である。式(5)におけるR2は、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。具体的には上記式(2)におけるR2と同様である。
測定温度:40℃
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
試料濃度:0.1〜0.2質量%
流量:1mL/分
標準物質:ポリスチレン
検出器:UV−VIS検出器(商品名「SPD-20A」、株式会社島津製作所製)
R1SiX1 3 (a)
R4SiX2 3 (b)
式(i)中、Yは単結合又は連結基(1以上の原子を有する二価の基)を示す。この連結基としては、例えば、二価の炭化水素基、炭素−炭素二重結合の一部又は全部がエポキシ化されたアルケニレン基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、カーボネート基、アミド基、これらが複数個連結した基等が挙げられる。
式(ii)中、R"は、p価のアルコールの構造式からp個の水酸基(−OH)を除いた基(p価の有機基)であり、p、nはそれぞれ自然数を表す。p価のアルコール[R"(OH)p]としては、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−1−ブタノール等の多価アルコール(炭素数1〜15のアルコール等)等が挙げられる。pは1〜6が好ましく、nは1〜30が好ましい。pが2以上の場合、それぞれの括弧内(外側の括弧内)の基におけるnは同一でもよく異なっていてもよい。式(ii)で表される化合物の具体例としては、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−1−ブタノールの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物等が挙げられる。
クリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ビス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルジアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、不飽和ポリエステル、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、ビニルアクリレート、シリコーンアクリレート、及びポリスチリルエチルメタクリレートが挙げられる。
配線パターンを含む素子形成面4を有する第1ウエハと、素子形成面4及びこれとは反対の裏面を有する第2ウエハとを準備する準備工程、
第2ウエハをその裏面側から研削して第2ウエハを薄化する薄化工程、
第1ウエハの素子形成面4側と、薄化工程を経た第2ウエハの裏面側とを、接着剤層8を介して接合して、ウエハ積層体(1)を得る接合工程、
ウエハ積層体(1)における第2ウエハの主面側の一部をマスクするマスクパターンを介した第2ウエハ側からのエッチング処理により、ウエハ積層体(1)内を延びて第1ウエハの配線パターンに至るビアホールを形成する、ビアホール形成工程
及び
ビアホール内への導電材料の充填により貫通電極6を形成する、電極形成工程
を含む。
素子形成面4及びこれとは反対の裏面を有する第3ウエハ、支持基板、並びに、第3ウエハの素子形成面4側と支持基板とのを、仮接着剤層を介して接合することにより、積層構造を有する補強ウエハを形成する、補強ウエハ形成工程、
補強ウエハにおける第3ウエハをその裏面側から研削して第3ウエハを薄化する薄化工程、
配線パターンを含む素子形成面4を有する第4ウエハを用意し、この第4ウエハの素子形成面4側と、薄化工程を経た補強ウエハの第3ウエハの裏面側とを、接着剤層8を介して接合する接合工程、
接合工程を経た補強ウエハにおける支持基板と第3ウエハとの間の仮接着剤層による仮接着状態を解除して、支持基板の取り外すことにより、ウエハ積層体(2)を得る取外し工程、
ウエハ積層体(2)における第3ウエハの主面側の一部をマスクするマスクパターンを介した第3ウエハ側からのエッチング処理により、ウエハ積層体(2)内を延びて第4ウエハの配線パターンに至るビアホールを形成する、ビアホール形成工程
及び
ビアホール内への導電材料の充填によって貫通電極6を形成する、電極形成工程
を含む。
18μm以下がより好ましく、15μm以下が特に好ましい。半導体基板2の厚さをこの範囲とすることにより、貫通電極6を介して電気的に接続される半導体素子間の導電経路全体ないし配線全体の抵抗を小さくし、かつ抵抗値のばらつきを抑制することができる。
接着剤層8の厚さをこの範囲とすることにより、得られる半導体装置100に形成される導電部ないし貫通電極6の短縮化を図るのに適する。この半導体装置100では、貫通電極6を介して電気的に接続される半導体素子間の導電経路全体ないし配線全体の抵抗を小さくすることができる。この観点から、接着剤層8の厚さは、4.0μm以下がより好ましく、3.5μm以下がさらに好ましく、3.0μm以下が特に好ましい。また、接着剤層8は、この程度に薄い場合においても十分なウエハ接合強度を発揮する。この観点から、接着剤層8の厚さは、1.0μm以上がより好ましく、1.5μm以上がさらに好ましく、2.0μm以上が特に好ましい。
<エポキシ基含有ポリオルガノシルセスキオキサン(A)の合成>
還流冷却器と、窒素ガス導入管と、撹拌装置と、温度計とを備えた300mLのフラスコ内で、窒素ガスを導入しながら、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン161.5mmol(39.79g)と、フェニルトリメトキシシラン9mmol(1.69g)と、溶媒としてのアセトン165.9gとを混合して50℃に昇温した。次に、当該混合物に、5%炭酸カリウム水溶液4.7g(炭酸カリウムとして1.7mmol)を5分かけて滴下し、続いて水1700mmol(30.6g)を20分かけて滴下した。滴下操作の間、混合物に著しい温度上昇は生じなかった。当該滴下操作の後、フラスコ内に窒素ガスを導入しながら、50℃で4時間、重縮合反応を行った。重縮合反応後の反応溶液中の生成物を分析したところ、数平均分子量は1900であり、分子量分散度は1.5であった。そして、静置されて冷却された反応溶液について、相分離によって生じる下層液(水相)が中性になるまで水洗を繰り返した後、上層液を分取し、1mmHg及び40℃の条件で溶媒量が25質量%になるまで上層液から溶媒を留去し、無色透明の液状の生成物(エポキシ基含有ポリオルガノシルセスキオキサン(A))を得た。
得られたエポキシ基含有ポリオルガノシルセスキオキサン(A)100質量部と、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート115質量部と、アンチモン系スルホニウム塩(商品名「SI−150L」、三新化学工業株式会社製)0.09質量部(固形分として)と、(4-ヒドロキシフェニル)ジメチルスルホニウムメチルサルファイト(商品名「サンエイドSI助剤」、三新化学工業株式会社製)0.01質量部とを混合し、熱硬化性樹脂組成物(A)を得た。
[実施例1]
以下のようにしてウエハ積層体(1)において総数71の貫通電極を形成した。
まず、素子形成面に再配線層を伴う第1シリコンウエハ(直径300mm)と、第2シリコンウエハ(直径300mm)とを用意した。第1シリコンウエハの再配線層は、再配線層外に露出する領域を有するCu配線パターンを含む。次に、第1シリコンウエハの再配線側と第2シリコンウエハとを、熱硬化性樹脂組成物(A)を使用して接合した。具体的には、まず、第1シリコンウエハと第2シリコンウエハとの貼り合わせ面に、シランカップリング剤処理を施した。シランカップリング剤処理は、第1シリコンウエハと第2シリコンウエハとの貼り合わせ面に対するシランカップリング剤(商品名「KBE403」、信越化学工業株式会社製)のスピンコーティングによる塗布後、120℃で5分間加熱することにより行った。次に、一方のウエハ上に形成された熱硬化性樹脂層を介して二つのウエハを加圧しつつ貼り合せた後、熱硬化性樹脂層を加熱して硬化させ、接着剤層を形成した。貼り合わせ時の、加圧力は1000g/cm2であり、温度は50℃であった。硬化の際、まず150℃で30分間の加熱を行い、続いて170℃で30分間の加熱を行った。ウエハ間を接合する接着剤層の厚さは2.5μmである。以上のようにして、第1及び第2シリコンウエハとこれらを接合している接着剤層(厚さ2.5μm)とを含む積層構造を有するウエハ積層体(1)を作製した。
ウエハ積層体(1)における第2シリコンウエハに対してグラインド装置(商品名「DGP8761HC」、株式会社ディスコ製)を使用して研削加工を行い、第2シリコンウエハを厚さ10μmまで薄化した。次に、第2シリコンウエハの被研削面上にCVD法によりシリコン酸化膜(絶縁膜)を形成した。次に、この絶縁膜において所定のパターン形状の凹部を形成した。凹部は、リソグラフィ技術によって絶縁膜上に所定のレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをエッチングマスクとして利用して行う、絶縁材料膜に対するエッチング処理により形成した。
以下のようにしてウエハ積層体(2)において総数71の貫通電極を形成した。
まず、素子形成面に再配線層を伴う第1シリコンウエハ(直径300mm)と、補強第2シリコンウエハ(直径300mm)とを用意した。第1シリコンウエハの再配線層は、再配線層外に露出する領域を有するCu配線パターンを含む。
ウエハ積層体(2)の第2シリコンウエハが厚さ10μmに薄化されていることから、さらなる薄化を行わなかった。これ以外は、実施例1と同様にして、ウエハ積層体(2)に貫通電極を形成し、且つ、ウエハ積層体(2)の第2シリコンウエハ上の絶縁膜の凹部内に配線パターンを形成した。SEM観察により測定した貫通電極の直径は、10μmであった。
実施例1及び2において、熱硬化性樹脂組成物(A)を用いて作製した接着剤層の膜厚は、以下のようにして測定した。
実施例1のウエハ積層体(1)及び実施例2のウエハ積層体(2)について、形成された総数71の貫通電極のチェーン抵抗(デイジーチェーン抵抗)の値を測定した。その結果、実施例1及び実施例2の方法により形成された貫通電極の99%の測定点のコンタクト抵抗が150Ω以下であり、リークが見られないことを確認した。
[ウエハ積層膜の作製]
熱硬化性樹脂組成物(A)の使用量20gを2gに、シリコンウエハ(直径300mm、厚さ775μm)をシリコンウエハ(直径100mm、厚さ500μm)に代えた以外は、試験1の膜厚評価において前述した方法と同様にして作製した塗膜(厚さ2.5μm)を、実施例のウエハ積層膜(I)とした。
燃焼イオンクロマトグラフィーにより、下記条件にて、実施例のウエハ積層膜(I)の硫黄含有量を測定した。その結果、硫黄含有量は、熱硬化性樹脂層の質量に対して460ppmであった。
燃焼条件
使用機器:ダイアインスツルメンツ社製の「AQF−100」
サンプル:約20mg
吸収液:H2O2(300ppm)
内部標準:酒石酸(5ppm)
吸収液量:10ml
イオンクロマトグラフィー測定条件
使用機器:日本ダイオネクス社製の「ICS−2000」
測定モード:低濃度分析モード
カラム:本カラム(AS−12)、プレカラム(AG−12)
溶離液:2.7mM K2CO3+0.3mM EPM
サプレッサー:ASRS(リサイクルモード)
流速:1.2ml/min
検出器:導電率検出器
カラム温度:35℃
注入量:100μl
以下の方法により、ウエハ積層膜(I)からの硫黄溶出量を評価した。
実施例のウエハ積層膜(I)(厚さ2.5μm)を、純水(20ml)とともにテフロン(登録商標)製の密封容器に入れ、110℃で24時間加熱した。得られた抽出液をイオンクロマトグラフィーにより測定した結果、ウエハ積層膜(I)の熱硬化性樹脂層からの硫黄溶出量が、熱硬化性樹脂層の質量に対して、1ppm未満であることを確認した。
使用するプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの量を115質量部から775質量部に代えた以外は熱硬化性樹脂組成物(A)と同様にして、熱硬化性樹脂組成物(A’)を作製した。
試験1及び2に示されるように、所定の溶出試験による硫黄溶出量が1ppm未満の接着剤層を含む実施例の半導体装置では、リーク電流の発生が見られなかった。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。
2・・・半導体基板(シリコンウエハ)
4・・・素子形成面
6・・・貫通電極(ビアホール)
8・・・接着剤層
Claims (6)
- 素子形成面に配線パターンが形成された2以上の半導体基板が、それぞれ、素子形成面を同一方向に向けて積層されており、各素子形成面が、ビアホールを介して形成された貫通電極によって信号伝達可能に構成されており、
前記各半導体基板の間には接着剤層が形成されており、
前記接着剤層が、少なくとも1層の熱硬化性樹脂層を含んで形成されており、この熱硬化性樹脂層が熱硬化性樹脂と熱硬化剤とを含み、この熱硬化性樹脂が、少なくとも1種のエポキシ化合物を含んでおり、
直径100mm、厚さ2.5μmに形成した前記熱硬化性樹脂層を、110℃の熱水20mlに24時間浸漬したときに溶出する硫黄溶出量が1ppm未満である、半導体装置。 - 前記エポキシ化合物が、下記式(1a)
[式(1a)中、R1aは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]で表される基、下記式(1b)
[式(1b)中、R1bは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]で表される基、下記式(1c)
[式(1c)中、R1cは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]で表される基、及び、下記式(1d)
[式(1d)中、R1dは、直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基を示す。]で表される基からなる群から選択される1種以上の基を含む、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記各接着剤層の厚さが0.5μm以上4.5μm以下である、請求項1又は2に記載の半導体装置。
- p型シリコンウエハ上に、厚さ0.2μmの前記熱硬化性樹脂層を形成した後、電圧0.5MV/cmをかけたときに測定される電流値が、1×10−7A/cm2以下である、請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記各半導体基板の厚さが1μm以上20μm以下である、請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記貫通電極の直径が1μm以上20μm以下である、請求項1から5のいずれかに記載の半導体装置。
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