JP6360299B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
近年、半導体応用製品はスマートフォン等の各種モバイル機器用途等として小型化、薄型化、軽量化が急激に進んでいる。又、それに伴い、半導体応用製品に搭載される半導体装置にも小型化、高密度化が要求されている。そこで、その要求に応えるべく、例えば複数の半導体チップが形成された半導体基板(ウェハ)を、半導体基板(ウェハ)状態のまま接着層を介して複数個積層するウェハオンウェハ(以降、WOWという)構造の半導体装置の製造方法が提案されている。そして、積層される半導体基板をより薄化することが求められている。 In recent years, semiconductor application products have been rapidly reduced in size, thickness and weight for various mobile devices such as smartphones. Along with this, semiconductor devices mounted on semiconductor application products are also required to be downsized and densified. Therefore, in order to meet the demand, for example, a wafer-on-wafer (hereinafter referred to as WOW) in which a plurality of semiconductor substrates (wafers) on which a plurality of semiconductor chips are formed are stacked in a semiconductor substrate (wafer) state via an adhesive layer. A method of manufacturing a semiconductor device having a structure has been proposed. Further, there is a demand for further thinning the stacked semiconductor substrates.
しかしながら、半導体基板をより薄化すると2つの問題が懸念される。第1は、半導体基板のハンドリングが困難で割れ易くなること、すなわち、抗折強度が低下する問題である。第2は、半導体基板の背面からの金属汚染に対して弱くなること、すなわち、ゲッタリング性が低下する問題である。 However, if the semiconductor substrate is made thinner, two problems are concerned. The first problem is that the semiconductor substrate is difficult to handle and easily cracked, that is, the bending strength is reduced. The second problem is that it becomes weak against metal contamination from the back surface of the semiconductor substrate, that is, the gettering property is lowered.
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、抗折強度を確保すると共にゲッタリング性を向上可能な半導体装置の製造方法等を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device and the like that can ensure bending strength and improve gettering properties.
本半導体装置の製造方法は、複数の半導体チップが形成された半導体基板を複数枚積層し、異なる層の半導体チップ同士を信号伝達可能に接続し、半導体チップが積層された部分を個片化する半導体装置の製造方法であって、複数の半導体チップを有する半導体基板であって土台となる土台基板と、複数の半導体チップを有する半導体基板であって前記土台基板上に積層される積層基板と、を準備する工程と、前記積層基板の背面側を薄化する工程と、薄化された前記積層基板の背面側に結晶欠陥層を形成する工程と、前記土台基板の主面に、前記結晶欠陥層が形成された前記積層基板の背面を固着し、前記土台基板の背面側を薄化し、薄化された前記土台基板の背面側に結晶欠陥層を形成する工程と、を有し、前記積層基板の背面側に前記結晶欠陥層を形成する工程では、薄化された前記積層基板の厚さ方向の外側に破砕層が形成され、内側に前記破砕層よりも厚い歪み層が形成され、前記土台基板の背面側に前記結晶欠陥層を形成する工程では、薄化された前記土台基板の厚さ方向の外側に破砕層が形成され、内側に前記破砕層よりも厚い歪み層が形成されることを要件とする。
In this method of manufacturing a semiconductor device, a plurality of semiconductor substrates on which a plurality of semiconductor chips are formed are stacked, semiconductor chips of different layers are connected so as to be able to transmit signals, and a portion where the semiconductor chips are stacked is separated into pieces. A method of manufacturing a semiconductor device, which is a semiconductor substrate having a plurality of semiconductor chips and serving as a base, a semiconductor substrate having a plurality of semiconductor chips and stacked on the base substrate, A step of thinning the back side of the laminated substrate, a step of forming a crystal defect layer on the back side of the thinned laminated substrate, and the crystal defect on the main surface of the base substrate fixing a rear surface of the laminated substrate layer is formed, the turned into the back side of the base substrate thin, having a step of forming a crystal defect layer on the back side of the base substrate which is thinned, wherein the laminate wherein the rear side of the substrate In the step of forming a crystal defect layer, crushed layer is formed on the outside of the thinned thickness direction of the multilayer substrate, the crushing layer thicker strained layer than is formed inside, on the back side of the base substrate The step of forming the crystal defect layer requires that a crushed layer is formed on the outer side of the thinned base substrate in the thickness direction, and a strained layer thicker than the crushed layer is formed on the inner side .
開示の技術によれば、抗折強度を確保すると共にゲッタリング性を向上可能な半導体装置の製造方法等を提供できる。 According to the disclosed technology, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device and the like that can ensure bending strength and improve gettering performance.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and the overlapping description may be abbreviate | omitted.
[本実施の形態に係る半導体装置の構造]
まず、本実施の形態に係る半導体装置の構造について説明する。図1は、本実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。なお、図1(b)は、図1(a)の結晶欠陥層19を拡大して示している。図1を参照するに、本実施の形態に係る半導体装置10は、複数の半導体チップ110が接着層16を介して主面を同一方向に向けて積層され、異なる層の半導体チップ110同士が貫通電極17により信号伝達可能に接続された構造を有する。
[Structure of Semiconductor Device According to this Embodiment]
First, the structure of the semiconductor device according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to this embodiment. FIG. 1B shows an enlarged view of the
各々の半導体チップ110は、基板本体12と、半導体集積回路13と、電極パッド15と、結晶欠陥層19とを有する。基板本体12は、例えばシリコン等から構成されている。半導体集積回路13は、例えばシリコン等に拡散層(図示せず)、絶縁層(図示せず)、ビアホール(図示せず)、及び配線層(図示せず)等が形成されたものであり、基板本体12の一方の面側に設けられている。
Each
なお、半導体チップ110等において、半導体集積回路13が設けられている側の面を主面と称する場合がある。又、主面の反対側の面を背面と称する場合がある。又、平面視とは対象物を半導体チップ110等の主面の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を半導体チップ110等の主面の法線方向から視た形状を指すものとする。
In the
電極パッド15は、絶縁層(図示せず)を介して半導体集積回路13上に設けられている。電極パッド15は、半導体集積回路13に設けられた配線層(図示せず)と電気的に接続されている。電極パッド15としては、例えばTi層上にAu層を積層した積層体等を用いることができる。電極パッド15として、Ni層上にAu層を積層した積層体、Ni層上にPd層及びAu層を順次積層した積層体、Niの代わりにCo、Ta、Ti、TiN等の高融点金属からなる層を用い、同層上にCu層或いはAl層を積層した積層体或いはダマシン構造状の配線等を用いても構わない。
The
結晶欠陥層19は、基板本体12の背面側に形成された金属不純物を捕捉するための層であり、破砕層19aと歪み層19bとを有する。破砕層19aは、非晶質領域や多結晶質領域、微細な亀裂が集合した領域等を含む層である。歪み層19bは、結晶性が壊れた層、すなわち格子定数が基板本体12を構成する材料の公称格子定数と実質的に異なる層である。歪み層19bでは、基板本体12の背面からの深さが深くなるにつれて歪が小さくなり、ある深さになると歪がなくなる。
The
破砕層19aの厚さは、例えば、0.05μm〜数μm程度とすることができる。歪み層19bの厚さは、例えば、数μm〜10μm程度とすることができる。基板本体12の背面側に結晶欠陥層19を形成することにより、半導体チップ110が背面側から金属不純物により汚染されるおそれを低減できる。すなわち、ゲッタリング能力を向上できる。
The thickness of the
ところで、図2に示すように、結晶欠陥層の厚さを厚くしてゲッタリング能力を高めると抗折強度が低下し、反対に、抗折強度を高めるとゲッタリング能力が低下する。従って、両者を両立させることは困難である。本実施の形態では、図3に示すように、基板本体12の背面側の外縁部を除く領域に結晶欠陥層19を形成している。
By the way, as shown in FIG. 2, when the thickness of the crystal defect layer is increased to increase the gettering ability, the bending strength is lowered. On the other hand, when the bending strength is increased, the gettering ability is lowered. Therefore, it is difficult to make both compatible. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
このように、基板本体12の背面側に部分的に結晶欠陥層19を形成することで、抗折強度を確保しつつゲッタリング能力を向上できる。なお、部分的に結晶欠陥層19を形成する領域は任意でよく、基板本体12の背面側の外縁部を除く領域には限定されない。又、半導体チップ110が比較的厚く、抗折強度を確保し易い場合には、基板本体12の背面側の全領域に結晶欠陥層19を形成してもよい。
Thus, by forming the
図1に戻り、上下に隣接する半導体チップ110は絶縁層である接着層16を介して接合されており、各々の半導体チップ110の電極パッド15同士はCu等からなる貫通電極17を介して電気的に接続されている。接着層16の材料としては、例えば主たる組成がベンゾシクロブテンである熱硬化性の絶縁性樹脂(例えば、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテン:DVS−BCB)を用いることができる。又、接着層16の材料として、主たる組成がエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂である熱硬化性の絶縁性樹脂、及びシリカ等の固形微粉末を添加した絶縁性複合材料等を用いても構わない。
Returning to FIG. 1, the
[本実施の形態に係る半導体装置の製造工程]
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造工程について説明をする。図4A〜図4Gは、本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図である。
[Manufacturing Process of Semiconductor Device According to this Embodiment]
Next, a manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment will be described. 4A to 4G are diagrams illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to this embodiment.
まず、図4A(a)に示す工程では、複数の半導体チップ110が形成された薄化されていない半導体基板11(ウェハ)を準備する。図4A(a)に示す工程で準備する半導体基板11は、複数の半導体チップを有する半導体基板であって積層体(半導体装置10)において土台基板上に積層される積層基板となる。半導体基板11は、例えば円形であり、その直径は、例えば6インチ(約150mm)、8インチ(約200mm)、12インチ(約300mm)等である。半導体基板11の厚さは、例えば0.625mm(6インチの場合)、0.725mm(8インチの場合)、0.775mm(12インチの場合)等である。半導体基板11は、基板本体12と、半導体集積回路13と、電極パッド15とを有する。
First, in the step shown in FIG. 4A (a), an unthinned semiconductor substrate 11 (wafer) on which a plurality of
Cは、ダイシングブレード等が半導体基板11を切断して個片化する位置(以下、「切断位置C」とする)を示している。すなわち、切断位置Cにより分離された各領域は、最終的に個片化されて1つの半導体チップ110(図1参照)となるチップ領域である。なお、切断位置Cの近傍はスクライブ領域となる。
C indicates a position where the dicing blade or the like cuts the
次に、図4A(b)に示す工程では、支持体510を準備し、支持体510の一方の面に接着層520を形成する。そして、図4A(a)に示す半導体基板11の外縁部の不要部分をグラインダー等を用いて除去して上下反転させ、支持体510の一方の面に接着層520を介してフェイスダウン状態で接合(仮固定)する。
Next, in the step shown in FIG. 4A (b), a
支持体510としては、アライメント時に光が透過する基板を用いることが好ましく、例えば石英ガラスの基板等を用いることができる。接着層520としては、例えば後述する図4C(b)に示す工程において加熱する温度で軟化する接着剤(200℃程度又はそれ以下で軟化する接着剤)を用いることができる。接着層520は、例えばスピンコート法により支持体510の一方の面に形成できる。接着層520は、スピンコート法の代わりに、フィルム状の接着剤を貼り付ける方法等を用いて支持体510の一方の面に形成しても構わない。
As the
次に、図4B(a)に示す工程では、半導体基板11の背面側の基板本体12の一部をグラインダー等で研削し、半導体基板11を薄化する。薄化後の半導体基板11の厚さは、例えば2μm〜100μm程度とすることができるが、50μm以下であることが好ましく、3μm〜10μm程度とすることが更に好ましい。基板体積を小さくすると貫通電極(TSV)の加工時間が大幅に短縮され、薄化でアスペクト比が緩和され埋め込み性やカバレッジが改善されるからである。
Next, in the step shown in FIG. 4B (a), a part of the
次に、図4B(b)に示す工程では、薄化された半導体基板11の背面側に結晶欠陥層19を形成する。具体的は、例えば、半導体基板11の背面全体を覆うように感光性のレジスト膜を形成し、レジスト膜を露光し、次いで露光処理されたレジスト膜を現像することで、半導体基板11の背面の各チップ領域の外縁部を被覆する格子状のレジスト膜を形成する。例えば、半導体基板11のスクライブ領域に沿って、スクライブ領域よりも幅広の格子状のレジスト膜を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 4B (b), a
そして、レジスト膜をマスクとして半導体基板11の背面側にサンドブラストにより結晶欠陥層19を形成する。半導体基板11の背面の各チップ領域には、例えば図3に示したように外縁部を除く領域に結晶欠陥層19が形成される。図3の外縁部の結晶欠陥層19が形成されていない領域が、レジスト膜でマスクされた領域に相当する。なお、結晶欠陥層19は、図1(b)に示したように、厚さ方向の外側に破砕層19aが形成され、内側に歪み層19bが形成された構造となる。
Then, a
なお、サンドブラストに代えて、薄化された半導体基板11の背面側にレーザ照射により結晶欠陥層19を形成してもよい。結晶欠陥層19の形成には、例えば、エキシマレーザ等を用いることができる。この場合には、レーザ照射装置を照射対象物上で移動させることにより任意の位置にレーザ光を照射可能である(任意の位置を描画できる)ため、サンドブラストの場合に形成したマスクとなるレジスト膜は不要である。つまり、マスクの無い状態で、例えば、図3の外縁部を除く領域にレーザ光を照射して結晶欠陥層19を形成できる。
Instead of sandblasting, the
又、薄化された半導体基板11の背面側にラップ(ラッピング)により結晶欠陥層19を形成してもよい。但し、ラップでは部分的に結晶欠陥層19を形成することが困難であるため、ラップを用いる場合には、薄化された半導体基板11の背面全体に結晶欠陥層19を形成することが好ましい。
Further, the
次に、図4C(a)に示す工程では、図4A(a)と同様の薄化されていない半導体基板11を準備する。図4C(a)に示す工程で準備する半導体基板11は、複数の半導体チップを有する半導体基板であって積層体において土台となる土台基板となる。そして、準備した半導体基板11の主面に、半硬化状態の接着層16を形成する。具体的には、例えばスピンコート法により半導体基板11上に、例えば熱硬化性の絶縁性樹脂を塗布した後、或いは塗布後スキージ処理した後、所定の温度以上に加熱することで半硬化状態にし、半導体基板11の主面に半硬化状態の接着層16を形成する。なお、接着層16は、スピンコート法の代わりに気相成長法を用いて形成しても構わないし、半硬化状態のフィルム状の熱硬化性の絶縁性樹脂を貼付する方法を用いて形成しても構わない。なお、接着層16として好適な材料は前述の通りである。
Next, in the step shown in FIG. 4C (a), a
次に、図4C(b)に示す工程では、半導体基板111(土台基板)の主面に、結晶欠陥層192が形成された半導体基板112(積層基板)の背面を固着する。具体的には、図4B(b)に示す構造体を上下反転させ、支持体510に仮接着された半導体基板112を、土台となる半導体基板111の主面に、接着層161を介して、フェイスアップ状態で積層する。半導体基板111と半導体基板112との位置決めは、予め形成されたアライメントマークを基準にして周知の方法で行うことができる。アライメントの精度は、例えば2μm以下とすることができる。
Then, in the process shown in FIG. 4C (b), the main surface of the semiconductor substrate 11 1 (base substrate) to secure the back surface of the
そして、例えば250℃で加熱した状態で、図4C(b)に示す構造体を支持体510の方向から半導体基板111側に押圧し、半導体基板112の背面と接着層161とを圧着させる。これにより、接着層161は硬化し、半導体基板112の背面側は半導体基板111の主面側に接合される。なお、加熱温度は300℃以上としてもよいが、200℃以下とすることが望ましい。300℃のような高温を用いると熱膨張の違いにより応力が発生し、積層数を増やすに従い剥がれや半導体基板の割れの原因になるためである。
Then, for example, while heating at 250 ° C., and pressed from a direction in the
なお、図4C(b)では(以降の図も同様)、各層の半導体基板11を区別するため、便宜上、各層の半導体基板11を半導体基板11n(nは何層目に積層されるかを示す自然数)と表示している。例えば、半導体基板111は土台となる1層目の半導体基板11を示し、半導体基板112は半導体基板111上に積層される2層目の半導体基板11を示す。基板本体12、半導体集積回路13、電極パッド15、接着層16、及び結晶欠陥層19についても同様である。
In FIG. 4C (b) (the same applies to the following figures), in order to distinguish the
次に、図4D(a)に示す工程では、図4C(b)に示す支持体510及び接着層520を除去する。前述のように、接着層520として、図4C(b)に示す工程において加熱する温度で軟化する接着剤(200℃程度又はそれ以下で軟化する接着剤)を用いると好適である。接着層161を硬化させて半導体基板111の主面側に半導体基板112の背面側を接合した後、支持体510を容易に除去できるからである。なお、この場合、図4C(b)に示す工程と図4D(a)に示す工程は一連の工程となる。
Next, in the step shown in FIG. 4D (a), the
次に、図4D(b)に示す工程では、半導体基板111の電極パッド151と半導体基板112の電極パッド152とを、貫通電極17を介して接続する。図4D(b)に示す工程の詳細を図4E及び図4Fを用いて説明する。なお、説明の便宜上、図4E及び図4Fでは、図4D(b)に示す構造体の一部分(電極パッド15近傍)のみを拡大して示す。
Then, in the process shown in FIG. 4D (b), the
まず、図4E(a)に示す工程では、半導体基板112の主面を覆うように感光性のレジスト膜530を形成し、レジスト膜530を露光し、次いで露光処理されたレジスト膜530を現像することで、レジスト膜530に開口部530xを形成する。レジスト膜530は、例えば液状レジストを半導体基板112の主面に塗布することにより形成する。レジスト膜530の厚さは、例えば10μm程度とすることができる。なお、14は、図4A(a)〜図4D(b)では図示が省略されていた絶縁層である。絶縁層14は、例えばSi3N4、SiO2、SiON等から構成されている。絶縁層14の厚さは、半導体集積回路13との電気的絶縁が達成される例えば0.1μm〜2.0μm程度とすることができる。
In the step shown in FIG. 4E (a), to form a photosensitive resist film 530 so as to cover the main surface of the
次に、図4E(b)に示す工程では、レジスト膜530をマスクとして開口部530x内に露出する所定の部位を例えばドライエッチング等により除去し、半導体基板111の電極パッド151の表面を露出するビアホール18を形成する。ビアホール18は、例えば平面形状が円形であり、その直径は、例えば1μm〜30μm程度とすることができる。
Then, in the process shown in FIG. 4E (b), the resist film 530 is removed by a predetermined portion exposed in the
但し、ビアホール18の直径は、アスペクト比(深さと直径との比)が0.5以上5以下となるような値とすることが好ましい。アスペクト比が0.5以上5以下となるような値とすることにより、ビアホール18を形成する際のエッチングの加工速度(スループット)の向上や、ビアホール18への後述する金属層の埋め込みやすさの向上等を実現できるからである。
However, the diameter of the via
次に、図4E(c)に示す工程では、図4E(b)に示すレジスト膜530を除去し、ビアホール18内及び半導体基板112上に絶縁膜51を連続的に形成する。絶縁膜51は、例えばプラズマCVD法等により形成できる。絶縁膜51の材料としては、例えばSi3N4、SiO2、SiON等を用いることができる。絶縁膜51の厚さは、例えば0.1μm〜2.0μm程度とすることができる。
Then, in the process shown in FIG. 4E (c), removing the resist film 530 shown in FIG. 4E (b), to continuously form an insulating
次に、図4E(d)に示す工程では、ビアホール18の壁面(側壁)を除く部分の絶縁膜51を除去する。絶縁膜51の除去は、例えばRIE(Reactive Ion Etching)により行うことができる。この工程は、フォトマスクを使用せずに絶縁膜51の所定部分のみを除去する工程であり、セルフアラインプロセスと称される。セルフアラインプロセスにより、ビアホール18と半導体基板111の電極パッド151及び半導体基板112の電極パッド152とを正確に位置決めできる。又、部分的に電極パッドを設けない設計を用いることで、例えば電極パッドの無いところはエッチングが進み、更に下層に設けた異なる半導体基板の電極パッドまでエッチングされ深さの異なるビアホールを形成できる。
Next, in the step shown in FIG. 4E (d), the insulating
次に、図4F(a)に示す工程では、ビアホール18内及び半導体基板112上に金属層52を形成する。金属層52は、例えば無電解めっき法等により形成できる。金属層52は、例えばスパッタ法、CVD法等を用いて形成しても構わない。金属層52としては、例えばTi層上にCu層を積層した積層体等を用いることができる。金属層52として、例えばTa層上にCu層を積層した積層体等を用いても構わない。又、埋め込む材料は設計基準を満足する導体でよく、Cuの代わりにWやAl、又はドープトポリシリコン、或いはカーボンナノチューブ等の炭素材料や導電性ポリマの何れかを用いることができる。又、絶縁層の絶縁性が十分である場合は、バリヤ金属層を用いない埋め込み配線の組み合わせを選ぶことができる。
Then, in the process shown in FIG. 4F (a), to form the
次に、図4F(b)に示す工程では、半導体基板112上に感光性のレジスト膜540を形成し、レジスト膜540を露光し、次いで露光処理されたレジスト膜540を現像することで、レジスト膜540にビアホール18内及びその周辺部を露出する開口部540xを形成する。そして、開口部540x内にビアホール18を充填する金属層53を形成する。金属層53は、例えば金属層52を給電層とする電解めっき法により形成できる。金属層53を構成するめっき膜としては、例えばCuめっき膜を用いることができる。なお、開口部540xは、例えば平面形状が円形であり、その直径は、例えば1μm〜30μm程度とすることができる。
Then, in the process shown in FIG. 4F (b), by the photosensitive resist
次に、図4F(c)に示す工程では、レジスト膜540を除去し、更に、金属層53に覆われていない部分の金属層52を除去する。金属層52は、例えばウェットエッチング等により除去できる。
Next, in the step shown in FIG. 4F (c), the resist
次に、図4F(d)に示す工程では、半導体基板112の電極パッド152の外縁部及び金属層53を覆うように金属層54を形成する。金属層54は、例えば半導体基板112の電極パッド152の外縁部及び金属層53を開口するレジスト膜を形成し、電極パッド152及び金属層53を給電層とする電解めっき法により、開口部を充填するようにめっき膜を析出成長させすることにより形成できる。その後、レジスト膜を除去する。金属層54としては、例えばTi層上にAu層を積層した積層体等を用いることができる。金属層54として、例えばNi層上にPd層、Au層を順次積層した積層体、Niの代わりにCo、Ta等の高融点金属からなる層を用い、同層上にCu層或いはAl層を積層した積層体等を用いても構わない。
Then, in the process shown in FIG. 4F (d), to form the
このようにして、図4E及び図4Fに示す工程により、金属層52、53、及び54を有する貫通電極17が形成され、半導体基板111の電極パッド151と半導体基板112の電極パッド152とが貫通電極17を介して接続される。なお、図4E及び図4Fに示す工程は一例であり、例えば、ビアホールを充填した金属層の上面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)等で削る工程(ダマシン工程)により貫通電極17を形成しても構わない。
In this way, the steps shown in FIGS. 4E and 4F, it is formed through
次に、図4G(a)に示す工程では、接着層を介して更に半導体基板を積層する。具体的には、半導体基板112の主面に接着層162を形成した後、図4A(a)〜図4D(a)と同様にして、半導体基板112上に半導体基板113を積層する。そして、図4D(b)と同様にして半導体基板112の電極パッド152と半導体基板113の電極パッド153とを貫通電極17を介して接続する。更に、半導体基板113の主面に接着層163を形成した後、図4A(a)〜図4D(a)と同様にして、半導体基板113上に半導体基板114を積層する。そして、図4D(b)と同様にして半導体基板113の電極パッド153と半導体基板114の電極パッド154とを貫通電極17を介して接続する。以降、必要な数だけ半導体基板を積層する。
Next, in the step shown in FIG. 4G (a), a semiconductor substrate is further laminated through an adhesive layer. Specifically, laminated after forming the
次に、図4G(b)に示す工程では、半導体基板111の背面側の基板本体121の一部をグラインダー等で研削し、半導体基板111を積層された半導体基板112〜半導体基板114と同程度に薄化する。そして、図4B(b)に示す工程と同様にして、薄化された半導体基板111の背面側に結晶欠陥層191を形成する。その後、ダイシングブレード等により切断位置Cで切断して個片化することで、図1に示す半導体装置10が複数個作製される。
Then, in the process shown in FIG. 4G (b), a part of the
このように、本実施の形態では、薄化された半導体基板(積層基板)の背面側に結晶欠陥層を形成することにより、ゲッタリング能力を向上できる。半導体基板(積層基板)が比較的厚く、抗折強度を確保し易い場合に有効である。 Thus, in this embodiment mode, the gettering ability can be improved by forming the crystal defect layer on the back side of the thinned semiconductor substrate (laminated substrate). This is effective when the semiconductor substrate (laminated substrate) is relatively thick and it is easy to ensure the bending strength.
又、半導体基板(積層基板)が比較的薄い場合には、薄化された半導体基板(積層基板)の背面側に部分的に結晶欠陥層を形成することにより、抗折強度を確保しつつゲッタリング能力を向上できる。 In addition, when the semiconductor substrate (laminated substrate) is relatively thin, a crystal defect layer is partially formed on the back side of the thinned semiconductor substrate (laminated substrate), so that the getter strength is ensured while ensuring the bending strength. Ring ability can be improved.
又、部分的な結晶欠陥層の形成にサンドブラストやレーザ照射等の方法を用いることで、低コストでゲッタリング能力の向上を実現できる。 Further, by using a method such as sandblasting or laser irradiation for forming a partial crystal defect layer, it is possible to improve the gettering ability at a low cost.
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made to the above-described embodiment without departing from the scope of the present invention. And substitutions can be added.
例えば、上記実施の形態では、平面視円形の半導体基板(シリコンウェハ)を用いた場合を例にとり説明を行ったが、半導体基板は平面視円形に限定されず、例えば平面視長方形等のパネル状のものを用いても構わない。 For example, in the above embodiment, the case where a semiconductor substrate (silicon wafer) having a circular shape in plan view is used has been described as an example. However, the semiconductor substrate is not limited to a circular shape in plan view. You may use.
又、半導体チップを有する半導体基板に代えて、半導体チップを有しない構造層を含む基板を一部に積層してもよい。 Further, instead of a semiconductor substrate having a semiconductor chip, a substrate including a structural layer not having a semiconductor chip may be partially laminated.
又、半導体基板の材料はシリコンに限定されず、例えばゲルマニウムやサファイア等を用いても構わない。 Further, the material of the semiconductor substrate is not limited to silicon, and for example, germanium or sapphire may be used.
又、上記実施の形態では、積層された半導体チップ同士をビアホール内に形成された金属層を介して電気信号により接続する例を示したが、積層された半導体チップ同士の接続は電気信号には限定されず、例えば光信号により接続しても構わない。この際、ビアホール内には金属層に代えて光導波路を形成すればよい。 In the above embodiment, the example in which the stacked semiconductor chips are connected to each other by the electrical signal through the metal layer formed in the via hole is shown. It is not limited, For example, you may connect by an optical signal. At this time, an optical waveguide may be formed in the via hole instead of the metal layer.
10 半導体装置
11 半導体基板(ウェハ)
12 基板本体
13 半導体集積回路
14 絶縁層
15 電極パッド
16、520 接着層
17 貫通電極
18 ビアホール
19 結晶欠陥層
19a 破砕層
19b 歪み層
51 絶縁膜
52、53、54 金属層
110 半導体チップ
510 支持体
530、540 レジスト膜
530x、540x 開口部
10
DESCRIPTION OF
51 Insulating
Claims (9)
複数の半導体チップを有する半導体基板であって土台となる土台基板と、複数の半導体チップを有する半導体基板であって前記土台基板上に積層される積層基板と、を準備する工程と、
前記積層基板の背面側を薄化する工程と、
薄化された前記積層基板の背面側に結晶欠陥層を形成する工程と、
前記土台基板の主面に、前記結晶欠陥層が形成された前記積層基板の背面を固着し、前記土台基板の背面側を薄化し、薄化された前記土台基板の背面側に結晶欠陥層を形成する工程と、を有し、
前記積層基板の背面側に前記結晶欠陥層を形成する工程では、薄化された前記積層基板の厚さ方向の外側に破砕層が形成され、内側に前記破砕層よりも厚い歪み層が形成され、前記土台基板の背面側に前記結晶欠陥層を形成する工程では、薄化された前記土台基板の厚さ方向の外側に破砕層が形成され、内側に前記破砕層よりも厚い歪み層が形成される、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device in which a plurality of semiconductor substrates on which a plurality of semiconductor chips are formed are stacked, semiconductor chips of different layers are connected so as to be able to transmit signals, and a portion where the semiconductor chips are stacked is separated into pieces. ,
Preparing a base substrate that is a semiconductor substrate having a plurality of semiconductor chips, and a laminated substrate that is a semiconductor substrate having a plurality of semiconductor chips and is stacked on the base substrate;
Thinning the back side of the laminated substrate;
Forming a crystal defect layer on the back side of the thinned laminated substrate;
The back surface of the multilayer substrate on which the crystal defect layer is formed is fixed to the main surface of the base substrate, the back surface side of the base substrate is thinned , and the crystal defect layer is formed on the back surface side of the thinned base substrate. Forming , and
In the step of forming the crystal defect layer on the back side of the multilayer substrate, a crushed layer is formed outside the thinned multilayer substrate in the thickness direction, and a strain layer thicker than the crushed layer is formed inside. In the step of forming the crystal defect layer on the back side of the base substrate, a crushed layer is formed on the outer side in the thickness direction of the thinned base substrate, and a strain layer thicker than the crushed layer is formed on the inner side. A method for manufacturing a semiconductor device.
支持体を準備し、主面を前記支持体側に向けて前記積層基板を前記支持体に仮固定し、
前記支持体に仮固定された前記積層基板の背面側を薄化し、
前記支持体に仮固定された薄化された前記積層基板の背面側に結晶欠陥層を形成し、
前記土台基板の主面に、前記支持体に仮固定された前記結晶欠陥層が形成された前記積層基板の背面を固着し、
前記支持体を除去する工程を含む請求項1乃至5の何れか一項記載の半導体装置の製造方法。 The step of thinning the back side of the multilayer substrate, the step of forming the crystal defect layer, and the step of fixing the back surface of the multilayer substrate are:
Preparing a support, temporarily fixing the laminated substrate to the support with the main surface facing the support,
Thinning the back side of the laminated substrate temporarily fixed to the support,
Forming a crystal defect layer on the back side of the thinned laminated substrate temporarily fixed to the support;
The main surface of the base substrate is fixed to the back surface of the multilayer substrate on which the crystal defect layer temporarily fixed to the support is formed,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising a step of removing the support.
複数の半導体チップを有する半導体基板であって前記土台基板上に積層される他の積層基板を準備する工程と、
前記他の積層基板の背面側を薄化する工程と、
薄化された前記他の積層基板の背面側に結晶欠陥層を形成する工程と、
前記積層基板の主面に、前記結晶欠陥層が形成された前記他の積層基板の背面を固着する工程と、を有する請求項1乃至6の何れか一項記載の半導体装置の製造方法。 After the step of fixing the back surface of the laminated substrate,
A step of preparing another laminated substrate that is a semiconductor substrate having a plurality of semiconductor chips and is laminated on the base substrate;
Thinning the back side of the other multilayer substrate;
Forming a crystal defect layer on the back side of the thinned other laminated substrate;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: adhering a back surface of the other multilayer substrate on which the crystal defect layer is formed to a main surface of the multilayer substrate.
各層の半導体チップ及び土台基板を接続する貫通電極と、を有し、
各層の半導体チップ及び土台基板の背面側には結晶欠陥層が形成され、
前記結晶欠陥層は、前記半導体チップまたは前記土台基板の厚さ方向の外側に形成された破砕層と、内側に形成された前記破砕層よりも厚い歪み層と、を含む半導体装置。 A plurality of semiconductor chips and base substrates laminated with their main surfaces facing in the same direction;
A through electrode connecting the semiconductor chip and the base substrate of each layer, and
A crystal defect layer is formed on the back side of the semiconductor chip and the base substrate of each layer,
The said crystal defect layer is a semiconductor device containing the crushing layer formed in the outer side of the thickness direction of the said semiconductor chip or the said base substrate , and the distortion layer thicker than the said crushing layer formed inside.
載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 8, wherein the crystal defect layer is partially formed on a back side of a semiconductor chip of each layer.
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