JP5160119B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に係り、詳しくは、ドライプロセス処理において光学系半導体デバイスをウエハレベルパッケージで作製する際の基板の加工性を向上させるものである。

従来からのドライプロセスではプラズマ処理を用いるため、プラズマ照射による加熱で基板温度が上昇する。このため、基板には基板ステージを冷却し、かつ基板とステージとの間の熱媒体としてヘリウム（Ｈｅ）ガスを入れ、基板冷却を行っている。このとき、基板を固定するとともに基板ステージの間のＨｅを封止する必要がある。この方法として静電チャック（ＥＳＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃｋ）が用いられている。このＥＳＣは、基板に電圧をかけ稼動イオンを移動させることで、静電気的に基板を引き付け（静電吸引し）、基板冷却用のＨｅガスを封止し、基板を冷却する手段である。

一方、光学系半導体デバイスをウエハレベルパッケージする際には貫通配線等を形成する必要があり、ドライプロセスによる微細孔形成のためのエッチング等の工程が存在する。また、光学系半導体デバイスのウエハレベルパッケージは半導体デバイス側にガラス基板を貼り合わせたものを用い、貫通配線等を形成する際には貼り合わせ基板でウエハ加工を行う。このときシリコン（Ｓｉ）等の半導体基板とガラス基板等の絶縁性基板を貼り合わせた基板を使用するため、Ｓｉ（半導体基板）側のプラズマ加工を行う際には、ガラス基板が基板ステージ側となり、静電吸着が困難になる。したがって、静電チャックは、Ｓｉ／ガラス貼り合わせ基板に適用しにくいことが問題となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体基板と絶縁性基板を貼り合わせた基板について半導体基板側の加工を容易に行うことが可能な半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、一方の面に半導体デバイスが形成された半導体基板と、前記半導体基板の半導体デバイスが形成された面上に設けられた接着層と、前記接着層に貼り合わされた絶縁性基板とを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁性基板の前記接着層が設けられる側とは反対の側に、前記絶縁性基板を覆う導体層を形成し、さらに前記導体層を覆う接着樹脂層を形成する工程と、
前記絶縁性基板の前記反対の側にて静電チャックを用いながら、前記一方の面に前記接着層を介して前記絶縁性基板が貼り合わされた半導体基板の前記他方の面にドライプロセス処理を行う工程と、
前記接着樹脂層を前記導体層から剥離し、さらに前記絶縁性基板の前記反対の側に設けた前記導体層を除去する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。

また、本発明は、一方の面に半導体デバイスが形成された半導体基板と、前記半導体基板の半導体デバイスが形成された面上に設けられた接着層と、前記接着層に貼り合わされた絶縁性基板とを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁性基板の前記接着層が設けられる側とは反対の側に、前記絶縁性基板を覆う第１の接着樹脂層と、該第１の接着樹脂層上にスリットを有する導体層と、該導体層上に前記スリットを介して前記第１の接着樹脂層と接着された第２の接着樹脂層を形成する工程と、
前記絶縁性基板の前記反対の側にて静電チャックを用いながら、前記一方の面に前記接着層を介して前記絶縁性基板が貼り合わされた半導体基板の前記他方の面にドライプロセス処理を行う工程と、
前記絶縁性基板の前記反対の側に設けた前記第１の接着樹脂層、導体層および第２の接着樹脂層を除去する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。

本発明によれば、半導体基板と絶縁性基板を貼り合わせた基板において、半導体基板に貫通電極等を形成するためのドライプロセスによる加工の際に、絶縁性基板側に導体層を設けることで、貼り合わせ基板の静電チャックを容易に行うことができる。また、絶縁性基板側に導体層を設けることで、ドライプロセス加工中に絶縁性基板を保護することができる。さらに、導体層の上に樹脂層を設けることで、導体層を保護し、ウエットプロセスに対する耐性を確保することができる。
導体層を２層の樹脂層で挟み込んだ場合には、樹脂層の剥離のみで導体層を除去することができる。

以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。

＜第１形態例＞
まず、本発明の半導体装置の製造方法の第１形態例について説明する。図１は、半導体装置（貼り合わせ基板）の一例を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の半導体装置の製造方法の第１形態例を説明する図面であり、図２（ａ）は貼り合わせ基板に導体層および接着樹脂層を設けた状態を模式的に示す断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の基板を基板ステージに吸着させてドライプロセス処理を行う様子を模式的に示す断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の基板から導体層および接着樹脂層を除去した状態を模式的に示す断面図である。

本形態例において、半導体装置１０は、図１に示すように、半導体基板１と絶縁性基板３とが接着層２を介して貼り合わされてなる貼り合わせ基板を備え、半導体基板１の接着層２が設けられた側の面（一方の面）１ａに半導体デバイス（不図示）が形成されたものである。

ここで、半導体基板１としては、シリコン（Ｓｉ）等の各種半導体からなる基板を使用できる。半導体基板１の一方の面１ａには、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、圧力センサ、加速度センサ、ジャイロセンサなどの半導体デバイスが形成される。

接着層２を構成する接着材は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂などが挙げられる。接着層２には、所定の領域に空間２ａを設けるように配しても良い。この空間２ａは、例えばキャビティや溝のような３次元空間であり、接着層２を形成するときに余分な接着材をその内部に止め、基板１，３の外側へのはみ出しを防止することができる。また、空間２ａは、貼り合わせ基板１０における応力をこの空間２ａにて吸収させて緩和することもできる。半導体デバイスは、空間２ａが形成された領域に設けることもでき、また、接着層２が形成された領域に設けることもできる。

絶縁性基板３としては、ガラス、セラミック、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の絶縁性材料からなる基板を使用できる。半導体デバイスが設けられた側１ａに絶縁性基板３が貼り合わされることにより、半導体デバイスなどを保護したり、半導体基板１を補強したりすることができる。半導体装置１０にＣＣＤやＣＭＯＳのような光学系半導体デバイスが形成されている場合は、絶縁性基板３として、半導体デバイスの使用波長帯で透明な材料が用いられる。

そして本形態例の半導体装置１０の製造方法は、以下の（１）、（２）、（３）の工程を行うことを特徴とするものである。

（１） 図２（ａ）に示すように、半導体基板１の他方の面１ｂへの加工プロセスを行う前に、絶縁性基板３の接着層２が設けられる側３ａと反対の側３ｂに、絶縁性基板３を覆う導体層４と、該導体層４を覆う接着樹脂層５を形成する。

ここで、導体層４は、（２）でドライプロセス処理を行うときに、基板ステージ１１による静電チャックを容易にする役割と、絶縁性基板３への物理的ダメージに対して保護層としての役割を有するものであり、例えば、導電性ペーストの塗布や印刷、導電性シートの貼り付け、アルミニウム（Ａｌ）等の金属のスパッタや蒸着などによって形成することができる。

また、ドライプロセス処理の前後の工程で、ウエットプロセス（酸洗浄、アルカリ洗浄等）があり、導体層４がウエットプロセスで用いる薬液の影響を受けない工夫として、さらに導体層４を覆う接着樹脂層５を形成する。ここで、接着樹脂層５は、導体層４から剥離可能な接着樹脂層である。剥離可能な接着材としては、紫外線剥離型の接着材とすることもできる。ダイシングシート等で実績がある紫外線剥離型の接着材を用いることで、絶縁性基板３を汚染することなく、剥離処理を行うことができる。

導体層４および接着樹脂層５の形成は、接着層２を介して絶縁性基板３と半導体基板１との貼り合わせをした後に行ってもよい。また、絶縁性基板３に対して単独で導体層４および接着樹脂層５の形成を行い、その後、接着層２を介した絶縁性基板３と半導体基板１との貼り合わせを行ってもよい。

（２） 図２（ｂ）に示すように、前記（１）により絶縁性基板３の前記導体層４および接着樹脂層５が形成された側３ｂにて静電チャック１１を用いながら、一方の面１ａに接着層２を介して絶縁性基板３が貼り合わされた半導体基板１の他方の面１ｂにドライプロセス処理を行う。

本形態例においては、絶縁性基板３に導体層４が形成されているので、静電チャック（ＥＳＣ）を用いて貼り合わせ基板１０を静電的に吸着し、保持することができる。このとき半導体基板１の他方の面１ｂにデットスペースを生じることがなく、該他方の面１ｂには全面的に加工を行うことも可能である。
また、プロセス工程中に絶縁性基板３の面３ｂは、導体層４および接着樹脂層５によって保護される。また、導体層４を覆うように接着樹脂層５が設けられ、該導体層４を保護できるので、ドライプロセス処理の前後の工程でウエットプロセスを行うとき、導体層４がウエットプロセスで用いる薬液の影響を受けることがない。本形態例によれば、ドライプロセスとウエットプロセスとを併用して、半導体基板１に貫通配線（不図示）の作製等、半導体（Ｓｉ）面の加工を行うことが可能になる。
ドライプロセス処理としては、例えばプラズマ処理、ドライエッチング、導体や絶縁層の成膜、アッシング、表面処理などが挙げられる。ウエットプロセス処理としては、例えば酸洗浄、アルカリ洗浄、水洗浄、ウエットエッチング処理などが挙げられる

（３） 図２（ｃ）に示すように、前記（２）のドライプロセス処理の後に、絶縁性基板３の導体層４および接着樹脂層５を除去する。
本形態例においては、接着樹脂層５に剥離可能な接着樹脂を用いることにより、接着樹脂層５を容易に剥離することが可能である。また、導体層４の除去は、その材料に応じた方法を用いることができ、例えばウエットエッチングなどが挙げられる。

＜第２形態例＞
また、本発明においては、導体層４をより容易に除去することが可能な方法として、次に説明する第２形態例の方法を利用することができる。図３は、本発明の半導体装置の製造方法の第２形態例を説明する図面であり、図３（ａ）は貼り合わせ基板に第１の接着樹脂層、導体層および第２の接着樹脂層を設けた状態を模式的に示す断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の基板を基板ステージに吸着させてドライプロセス処理を行う様子を模式的に示す断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）の基板から第１の接着樹脂層、導体層および第２の接着樹脂層を除去した状態を模式的に示す断面図である。

本形態例において、貼り合わせ基板からなる半導体装置１０の構成は、上述の第１形態例の場合と同様とすることができる。

第２形態例の半導体装置１０の製造方法は、以下の（１）、（２）、（３）の工程を行うことを特徴とするものである。

（１） 図３（ａ）に示すように、半導体基板１の他方の面１ｂの加工プロセスを行う前に、絶縁性基板３の接着層２が設けられる側３ａとは反対の側３ｂに、絶縁性基板３を覆う第１の接着樹脂層６と、該第１の接着樹脂層６上にスリット７ａを有する導体層７と、該導体層７上にスリット７ａを介して第１の接着樹脂層６と接着された第２の接着樹脂層８を形成する。

ここで、導体層７は、（２）でドライプロセス処理を行うときに、基板ステージ１１による静電チャックを容易にする役割と、絶縁性基板３への物理的ダメージに対して保護層としての役割を有するものであり、例えば、導電性ペーストの塗布や印刷、スリットを有する導電性シートの貼り付け、アルミニウム（Ａｌ）等の金属のマスクを用いたスパッタや蒸着などによって形成することができる。また、スリット７ａは、スリットのない導体層７を形成した後で一部の導体を除去することで形成してもよい。
導体層７にスリット７ａを設けないようにすることも可能であるが、スリット７ａを設けて第１の接着樹脂層６と第２の接着樹脂層８とが相互に接着できるようにすることにより、これらの層の剥離除去を、容易かつ確実に行うことができる。

第１の接着樹脂層６は、導体層７の剥離を容易にする役割を有するものであり、絶縁性基板３から剥離可能な接着樹脂層である。
また、ドライプロセス処理の前後の工程で、ウエットプロセス（酸洗浄、アルカリ洗浄等）があり、導体層７がウエットプロセスで用いる薬液の影響を受けない工夫として、さらに導体層７を覆う第２の接着樹脂層８を形成する。第２の接着樹脂層８は、第１の接着樹脂層６の剥離により、導体層７と一緒に剥離できるので、剥離可能な接着樹脂でなくてもよい。

第１の接着樹脂層６、導体層７、第２の接着樹脂層８の形成は、接着層２を介して絶縁性基板３と半導体基板１との貼り合わせをした後に行ってもよい。また、絶縁性基板３に対して単独で第１の接着樹脂層６、導体層７、第２の接着樹脂層８の形成を行い、その後、接着層２を介した絶縁性基板３と半導体基板１との貼り合わせを行ってもよい。

（２） 図３（ｂ）に示すように、前記（１）により絶縁性基板３の第１の接着樹脂層６、導体層７および第２の接着樹脂層８が形成された側３ｂにて静電チャック１１を用いながら、一方の面１ａに接着層２を介して絶縁性基板３が貼り合わされた半導体基板１の他方の面１ｂに、ドライプロセス処理を行う。

本形態例においては、絶縁性基板３に導体層７が形成されているので、静電チャック（ＥＳＣ）を用いて貼り合わせ基板１０を静電的に吸着し、保持することができる。このとき半導体基板１の他方の面１ｂにデットスペースを生じることがなく、該他方の面１ｂには全面的に加工を行うことも可能である。
また、プロセス工程中に絶縁性基板３の面３ｂは、導体層７および接着樹脂層６，８によって保護される。また、導体層７を覆うように第２の接着樹脂層８が設けられ、該導体層７を保護できるので、ドライプロセス処理の前後の工程でウエットプロセスを行うとき、導体層７がウエットプロセスで用いる薬液の影響を受けることがない。本形態例によれば、ドライプロセスとウエットプロセスとを併用して、半導体基板１に貫通配線（不図示）の作製等、半導体（Ｓｉ）面の加工を行うことが可能になる。
ドライプロセス処理としては、例えばプラズマ処理、ドライエッチング、導体や絶縁層の成膜、アッシング、表面処理などが挙げられる。ウエットプロセス処理としては、例えば酸洗浄、アルカリ洗浄、水洗浄、ウエットエッチング処理などが挙げられる

（３） 図３（ｃ）に示すように、前記（２）のドライプロセス処理の後に、絶縁性基板３から、第１の接着樹脂層６、導体層７および第２の接着樹脂層８を除去する。
本形態例においては、第１の接着樹脂層６に剥離可能な接着樹脂を用いることにより、第１の接着樹脂層６、導体層７および第２の接着樹脂層８を一括して容易に剥離することが可能である。このため導体層７の除去にウエットエッチングなどの工程が不要であり、工数を削減することが可能になる。

以上、説明したように、本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板１と絶縁性基板３を貼り合わせた基板において、半導体基板１に貫通電極等を形成するためのドライプロセスによる加工の際に、絶縁性基板１側に導体層４，７を設けることで、貼り合わせ基板１０の静電チャック１１を容易に行うことができる。また、絶縁性基板１側に導体層４，７を設けることで、ドライプロセス加工中に絶縁性基板３を保護することができる。さらに、導体層４，７の上（図２、図３では図面の下側）に樹脂層５，８を設けることで、導体層４，７を保護し、ウエットプロセスに対する耐性を確保することができる。
また、図３に示すように、導体層７を２層の樹脂層６，８で挟み込んだ場合には、樹脂層の剥離のみで導体層７を除去することができる。

本発明は、半導体基板と絶縁性基板との貼り合わせ構造を有する半導体装置の製造に利用することができる。また、ガラス基板が貼り合わされた光学系半導体デバイスをウエハレベルパッケージで製造する場合に好適に利用することができる。

半導体装置（貼り合わせ基板）の一例を模式的に示す断面図である。 （ａ）は貼り合わせ基板に導体層および接着樹脂層を設けた状態を模式的に示す断面図、（ｂ）は（ａ）の基板を基板ステージに吸着させてドライプロセス処理を行う様子を模式的に示す断面図、（ｃ）は（ａ）の基板から導体層および接着樹脂層を除去した状態を模式的に示す断面図である。 （ａ）は貼り合わせ基板に第１の接着樹脂層、導体層および第２の接着樹脂層を設けた状態を模式的に示す断面図、（ｂ）は（ａ）の基板を基板ステージに吸着させてドライプロセス処理を行う様子を模式的に示す断面図、（ｃ）は（ａ）の基板から第１の接着樹脂層、導体層および第２の接着樹脂層を除去した状態を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１…半導体基板、２…接着層、３…絶縁性基板、４…導体層、５…接着樹脂層、６…第１の接着樹脂層、７…導体層、７ａ…スリット、８…第２の接着樹脂層、１０…半導体装置（貼り合わせ基板）、１１…静電チャック（基板ステージ）。

Claims (2)

1. 一方の面に半導体デバイスが形成された半導体基板と、前記半導体基板の半導体デバイスが形成された面上に設けられた接着層と、前記接着層に貼り合わされた絶縁性基板とを備えた半導体装置の製造方法であって、
   前記絶縁性基板の前記接着層が設けられる側とは反対の側に、前記絶縁性基板を覆う導体層を形成し、さらに前記導体層を覆う接着樹脂層を形成する工程と、
   前記絶縁性基板の前記反対の側にて静電チャックを用いながら、前記一方の面に前記接着層を介して前記絶縁性基板が貼り合わされた半導体基板の前記他方の面にドライプロセス処理を行う工程と、
   前記接着樹脂層を前記導体層から剥離し、さらに前記絶縁性基板の前記反対の側に設けた前記導体層を除去する工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 一方の面に半導体デバイスが形成された半導体基板と、前記半導体基板の半導体デバイスが形成された面上に設けられた接着層と、前記接着層に貼り合わされた絶縁性基板とを備えた半導体装置の製造方法であって、
   前記絶縁性基板の前記接着層が設けられる側とは反対の側に、前記絶縁性基板を覆う第１の接着樹脂層と、該第１の接着樹脂層上にスリットを有する導体層と、該導体層上に前記スリットを介して前記第１の接着樹脂層と接着された第２の接着樹脂層を形成する工程と、
   前記絶縁性基板の前記反対の側にて静電チャックを用いながら、前記一方の面に前記接着層を介して前記絶縁性基板が貼り合わされた半導体基板の前記他方の面にドライプロセス処理を行う工程と、
   前記絶縁性基板の前記反対の側に設けた前記第１の接着樹脂層、導体層および第２の接着樹脂層を除去する工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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