(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023173119
(43)【公開日】2023-12-07
(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/60 20060101AFI20231130BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20231130BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20231130BHJP
【ＦＩ】
H01L21/60 311Q
H01L25/08 B
H01L21/304 647A
H01L21/304 642
H01L21/304 621D
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022085137
(22)【出願日】2022-05-25
(71)【出願人】
【識別番号】000004455
【氏名又は名称】株式会社レゾナック
(71)【出願人】
【識別番号】504157024
【氏名又は名称】国立大学法人東北大学
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128381
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 義憲
(74)【代理人】
【識別番号】100169454
【弁理士】
【氏名又は名称】平野 裕之
(72)【発明者】
【氏名】白坂 敏明
(72)【発明者】
【氏名】奥田 唯史
(72)【発明者】
【氏名】柴田 智章
(72)【発明者】
【氏名】福住 志津
(72)【発明者】
【氏名】福島 誉史
(72)【発明者】
【氏名】ムルゲサン マリアッパン
(72)【発明者】
【氏名】小柳 光正
【テーマコード（参考）】
5F044
5F057
5F157
【Ｆターム（参考）】
5F044KK05
5F044LL00
5F044QQ03
5F044QQ04
5F044RR02
5F057AA03
5F057AA21
5F057CA34
5F057DA03
5F057DA38
5F057EC30
5F057FA37
5F057GB16
5F157AA77
5F157AA99
5F157BC54
5F157BE12
5F157BF12
5F157BF52
5F157BF58
5F157BF59
5F157CD04
5F157CD31
5F157DB03
5F157DB18
(57)【要約】
【課題】ハイブリッドボンディングにおいて有機絶縁膜同士の接合強度を高めることができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、第１半導体基板の第１有機絶縁膜及び第１電極の表面を研磨する工程と、第２半導体基板の第２有機絶縁膜及び第２電極の表面を研磨する工程と、第２半導体基板を個片化し、第２有機絶縁膜に対応する絶縁膜部分と第２電極とを備えた複数の半導体チップを取得する工程と、複数の半導体チップの表面を洗浄する工程と、第１有機絶縁膜と絶縁膜部分とを互いに接合する工程と、第１電極と第２電極とを接合する工程と、を備える。第１及び第２有機絶縁膜は、ガラス転移温度が２５０℃以上の樹脂材料から形成される。洗浄する工程では、洗浄後の半導体チップにおける絶縁膜部分の表面の表面粗さＲａが１ｎｍ以下を維持するように、クエン酸またはアスコルビン酸を含む酸性水溶液で洗浄する。
【選択図】図３
【解決手段】半導体装置の製造方法は、第１半導体基板の第１有機絶縁膜及び第１電極の表面を研磨する工程と、第２半導体基板の第２有機絶縁膜及び第２電極の表面を研磨する工程と、第２半導体基板を個片化し、第２有機絶縁膜に対応する絶縁膜部分と第２電極とを備えた複数の半導体チップを取得する工程と、複数の半導体チップの表面を洗浄する工程と、第１有機絶縁膜と絶縁膜部分とを互いに接合する工程と、第１電極と第２電極とを接合する工程と、を備える。第１及び第２有機絶縁膜は、ガラス転移温度が２５０℃以上の樹脂材料から形成される。洗浄する工程では、洗浄後の半導体チップにおける絶縁膜部分の表面の表面粗さＲａが１ｎｍ以下を維持するように、クエン酸またはアスコルビン酸を含む酸性水溶液で洗浄する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１基板本体と、該第１基板本体の一面に設けられた第１有機絶縁膜及び第１電極とを有する第１半導体基板を準備する工程と、
第２基板本体と、該第２基板本体の一面に設けられた第２有機絶縁膜及び複数の第２電極とを有する第２半導体基板を準備する工程と、
前記第１半導体基板の前記一面側に配置されている前記第１有機絶縁膜及び前記第１電極の表面を研磨する工程と、
前記第２半導体基板の前記一面側に配置されている前記第２有機絶縁膜及び前記第２電極の表面を研磨する工程と、
研磨された前記第２半導体基板を個片化し、前記第２有機絶縁膜に対応する絶縁膜部分と少なくとも１つの前記第２電極とをそれぞれが備えた複数の半導体チップを取得する工程と、
前記複数の半導体チップの表面を洗浄する工程と、
前記第１半導体基板の前記第１電極に対して前記複数の半導体チップの内の少なくとも１つの半導体チップの前記第２電極の位置合わせを行う工程と、
前記第１半導体基板の前記第１有機絶縁膜と前記半導体チップの前記絶縁膜部分とを互いに接合する工程と、
前記第１半導体基板の前記第１電極と前記半導体チップの前記第２電極とを接合する工程と、を備え、
前記第１有機絶縁膜及び前記第２有機絶縁膜は、ガラス転移温度が２５０℃以上の樹脂材料から形成され、
前記洗浄する工程では、該洗浄後の前記複数の半導体チップにおける前記絶縁膜部分の表面の表面粗さＲａが１ｎｍ以下を維持するように、クエン酸またはアスコルビン酸を含む酸性水溶液で前記複数の半導体チップの表面を洗浄する、半導体装置の製造方法。
第２基板本体と、該第２基板本体の一面に設けられた第２有機絶縁膜及び複数の第２電極とを有する第２半導体基板を準備する工程と、
前記第１半導体基板の前記一面側に配置されている前記第１有機絶縁膜及び前記第１電極の表面を研磨する工程と、
前記第２半導体基板の前記一面側に配置されている前記第２有機絶縁膜及び前記第２電極の表面を研磨する工程と、
研磨された前記第２半導体基板を個片化し、前記第２有機絶縁膜に対応する絶縁膜部分と少なくとも１つの前記第２電極とをそれぞれが備えた複数の半導体チップを取得する工程と、
前記複数の半導体チップの表面を洗浄する工程と、
前記第１半導体基板の前記第１電極に対して前記複数の半導体チップの内の少なくとも１つの半導体チップの前記第２電極の位置合わせを行う工程と、
前記第１半導体基板の前記第１有機絶縁膜と前記半導体チップの前記絶縁膜部分とを互いに接合する工程と、
前記第１半導体基板の前記第１電極と前記半導体チップの前記第２電極とを接合する工程と、を備え、
前記第１有機絶縁膜及び前記第２有機絶縁膜は、ガラス転移温度が２５０℃以上の樹脂材料から形成され、
前記洗浄する工程では、該洗浄後の前記複数の半導体チップにおける前記絶縁膜部分の表面の表面粗さＲａが１ｎｍ以下を維持するように、クエン酸またはアスコルビン酸を含む酸性水溶液で前記複数の半導体チップの表面を洗浄する、半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記洗浄する工程では、前記複数の半導体チップの表面を前記酸性水溶液に所定時間浸すことで行われる、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項3】
前記所定時間は１分間以内である、
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記第２有機絶縁膜に含まれる樹脂材料は、ビスマレイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、又は、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）を含む、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項5】
前記第２半導体基板を研磨する工程では、前記第２有機絶縁膜及び前記第２電極の表面の表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるように研磨する、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ＬＳＩの集積度を向上させるために三次元実装が検討されている。非特許文献１には、半導体チップの三次元実装の一例が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】F.C. Chen et al., “System onIntegrated Chips(SoIC TM) for 3D Heterogeneous Integration”, 2019 IEEE 69thElectronic Components and Technology Conference (ECTC), p.594-599(2019)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
半導体チップの三次元実装を行う場合、配線の微細化のため、Wafer-to-Wafer（Ｗ２Ｗ）接合に用いられるハイブリッドボンディング技術を使うことが検討されている。しかしながら、この場合、Ｗ２Ｗプロセスと異なり、Chip-on-Wafer(ＣｏＷ)プロセスが用いられ、半導体チップへの個片化が行われる。個片化の際のダイシングにより、デブリ（切断破片）が発生することがある。デブリが半導体チップ等の接合界面（ハイブリッドボンディングの絶縁膜）に付着すると、製造される半導体装置において接合不良が生じ得る。そこで、このようなデブリを吸収できるように、接合界面側の絶縁膜に有機絶縁材料を用いることが検討されている。一方、ハイブリッドボンディング製法では、電極同士を接合する前に電極表面の酸化物をプラズマ処理等により除去することが行われている。しかしながら、プラズマ処理等を用いると有機絶縁膜の表面を荒らしてしまい、絶縁膜同士の接合が不十分となる虞がある。
【0005】
本開示は、有機絶縁膜を用いたハイブリッドボンディング製法において、電極同士の接続抵抗を下げると共に有機絶縁膜同士の接合強度を高めることができる半導体装置の製造方法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】
【0006】
本開示は、半導体装置の製造方法に関する。この半導体装置の製造方法は、第１基板本体と、該第１基板本体の一面に設けられた第１有機絶縁膜及び第１電極とを有する第１半導体基板を準備する工程と、第２基板本体と、該第２基板本体の一面に設けられた第２有機絶縁膜及び複数の第２電極とを有する第２半導体基板を準備する工程と、第１半導体基板の一面側に配置されている第１有機絶縁膜及び第１電極の表面を研磨する工程と、第２半導体基板の一面側に配置されている第２有機絶縁膜及び第２電極の表面を研磨する工程と、研磨された第２半導体基板を個片化し、第２有機絶縁膜に対応する絶縁膜部分と少なくとも１つの第２電極とをそれぞれが備えた複数の半導体チップを取得する工程と、複数の半導体チップの表面を洗浄する工程と、第１半導体基板の第１電極に対して複数の半導体チップの内の少なくとも１つの半導体チップの第２電極の位置合わせを行う工程と、第１半導体基板の第１有機絶縁膜と半導体チップの絶縁膜部分とを互いに接合する工程と、第１半導体基板の第１電極と半導体チップの第２電極とを接合する工程と、を備える。第１有機絶縁膜及び第２有機絶縁膜は、ガラス転移温度が２５０℃以上の樹脂材料から形成される。洗浄する工程では、該洗浄後の複数の半導体チップにおける絶縁膜部分の表面の表面粗さＲａが１ｎｍ以下を維持するように、クエン酸またはアスコルビン酸を含む酸性水溶液で前記複数の半導体チップの表面を洗浄する。
【0007】
この半導体装置の製造方法では、表面が研磨された第２半導体基板を個片化して複数の半導体チップとした後に、複数の半導体チップの表面、即ち、第２有機絶縁膜に対応する絶縁膜部分と第２電極の表面を洗浄している。しかも、この洗浄では、絶縁膜部分の表面の表面粗さＲａが１ｎｍ以下を維持するように、クエン酸またはアスコルビン酸を含む酸性水溶液で複数の半導体チップの表面を洗浄している。本発明者らの知見によれば、クエン酸またはアスコルビン酸といった酸解離定数（ｐｋａ）が高い材料を用いることで、第２電極の表面の酸化物を適切に除去して電極同士の電気的な接続を向上することができる一方、クエン酸またはアスコルビン酸といった材料によれば、絶縁膜部分（第２有機絶縁膜）の表面を研磨後の表面粗さ状態から悪化させないようにできることが分かってきている。このように、この半導体装置の製造方法によれば、ハイブリッドボンディング製法において電極同士の接続抵抗を下げると共に、有機絶縁膜同士の接合強度を高めることができる。なお、ここで用いる表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１－２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）である。
【0008】
上記の半導体装置の製造方法において、洗浄する工程では、複数の半導体チップの表面を上記の酸性水溶液に所定時間浸すことで行われることが好ましい。この場合、第２電極の表面における酸化物を容易に除去することができる。この場合において、酸性水溶液へ浸す所定時間は１分間以内であることが好ましい。これにより、複数の半導体チップの第２電極の表面の酸化物をより確実に除去することができると共に、絶縁膜部分（第２有機絶縁膜）の表面を必要以上に荒らさないようにすることができる。よって、この方法によれば、ハイブリッドボンディング製法において電極同士の接続抵抗を下げると共に、有機絶縁膜同士の接合強度を高めることができる。
【0009】
上記の半導体装置の製造方法において、第２有機絶縁膜に含まれる樹脂材料は、ビスマレイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、又は、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）を含むことが好ましい。この場合、ハイブリッドボンディング製法において第１電極と第２電極とを接合する際に加熱温度が高くなったとしても、絶縁膜部分（第２有機絶縁膜）が軟化等して第１電極と第２電極との接合を阻害してしまうことを抑制できる。
【0010】
上記の半導体装置の製造方法において、第２半導体基板を研磨する工程では、第２有機絶縁膜及び第２電極の表面の表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるように研磨することが好ましい。第２電極の表面粗さＲａが１ｎｍ以下になるように研磨されていることにより、第１電極と第２電極との接合をより確実に行って、電極同士の接続抵抗をより確実に下げることが可能となる。また、絶縁膜部分（第２有機絶縁膜）の表面粗さＲａが１ｎｍ以下に研磨されていることにより、酸性水溶液で洗浄されたとしても、絶縁膜部分の表面粗さＲａをそれほど荒らさなくても済み、第１有機絶縁膜との接合をより確実に行うことが可能となる。
【発明の効果】
【0011】
本開示によれば、有機絶縁膜を用いたハイブリッドボンディング製法において、電極同士の接続抵抗を下げると共に有機絶縁膜同士の接合強度を高めることができる半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、必要により図面を参照しながら本開示のいくつかの実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。本明細書の記載及び請求項において「左」、「右」、「正面」、「裏面」、「上」、「下」、「上方」、「下方」等の用語が利用されている場合、これらは、説明を意図したものであり、必ずしも永久にこの相対位置である、という意味ではない。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【0014】
本明細書において「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構造に加え、一部に形成されている形状の構造も包含される。また、本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。また、「～」を用いて示された数値範囲は、「～」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
【0015】
（半導体装置の構成）
図１は、一実施形態に係る半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置の一例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、半導体装置１は、例えば半導体パッケージの一例であり、第１半導体基板１０と複数の半導体チップ２０とを備えており、Chip-on-wafer（ＣｏＷ）構造を有している。複数の半導体チップ２０は、後述する第２半導体基板２００Ａ（図２の（ｆ）を参照）をダイシングにより個片化することで作製される。複数の半導体チップ２０が第１半導体基板１０上に実装されて三次元実装構造となる。第１半導体基板１０は、例えばＬＳＩ（Large scale Integrated Circuit:大規模集積回路）チップ又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等の複数の半導体チップが各半導体チップ２０に対応する箇所に形成された基板であってもよいが、これらに限定されない。各半導体チップ２０は、例えばＬＳＩ又はメモリ等の半導体チップであってもよいが、これらに限定されない。第１半導体基板１０と複数の半導体チップ２０とは、後述する有機絶縁膜を用いたハイブリッドボンディング製法により、それぞれの端子電極とその周りの有機絶縁膜同士が強固且つ位置ズレせずに微細接合されている。なお、半導体装置１は、図１に示す構成から更に個片化された１の半導体チップ２０と、１の半導体チップ２０に対応する第１半導体基板１０の一部である基板部分とを備える、個別の半導体装置１Ａに更に個片化されてもよい（図３の（ｄ）を参照）。
図１は、一実施形態に係る半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置の一例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、半導体装置１は、例えば半導体パッケージの一例であり、第１半導体基板１０と複数の半導体チップ２０とを備えており、Chip-on-wafer（ＣｏＷ）構造を有している。複数の半導体チップ２０は、後述する第２半導体基板２００Ａ（図２の（ｆ）を参照）をダイシングにより個片化することで作製される。複数の半導体チップ２０が第１半導体基板１０上に実装されて三次元実装構造となる。第１半導体基板１０は、例えばＬＳＩ（Large scale Integrated Circuit:大規模集積回路）チップ又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等の複数の半導体チップが各半導体チップ２０に対応する箇所に形成された基板であってもよいが、これらに限定されない。各半導体チップ２０は、例えばＬＳＩ又はメモリ等の半導体チップであってもよいが、これらに限定されない。第１半導体基板１０と複数の半導体チップ２０とは、後述する有機絶縁膜を用いたハイブリッドボンディング製法により、それぞれの端子電極とその周りの有機絶縁膜同士が強固且つ位置ズレせずに微細接合されている。なお、半導体装置１は、図１に示す構成から更に個片化された１の半導体チップ２０と、１の半導体チップ２０に対応する第１半導体基板１０の一部である基板部分とを備える、個別の半導体装置１Ａに更に個片化されてもよい（図３の（ｄ）を参照）。
【0016】
（半導体装置の製造方法）
次に、半導体装置１の製造方法について、図２及び図３を参照して、説明する。図２は、図１に示す半導体装置を製造するための方法を順に示す模式的な断面図である。図３は、図１に示す半導体装置を製造するための方法を順に示す模式的な断面図であり、図２に示す工程の後に行われる工程を示す模式図である。
次に、半導体装置１の製造方法について、図２及び図３を参照して、説明する。図２は、図１に示す半導体装置を製造するための方法を順に示す模式的な断面図である。図３は、図１に示す半導体装置を製造するための方法を順に示す模式的な断面図であり、図２に示す工程の後に行われる工程を示す模式図である。
【0017】
半導体装置１は、例えば、以下の工程（ａ）～工程（ｈ）を経て製造することができる。
（ａ）第１基板本体と、該第１基板本体の一面に設けられた第１有機絶縁膜及び第１電極とを有する第１半導体基板を準備する工程。
（ｂ）第２基板本体と、該第２基板本体の一面に設けられた第２有機絶縁膜及び複数の第２電極とを有する第２半導体基板を準備する工程。
（ｃ）前記第１半導体基板の前記一面側に配置されている前記第１有機絶縁膜及び前記第１電極の表面を研磨する工程。
（ｄ）前記第２半導体基板の前記一面側に配置されている前記第２有機絶縁膜及び前記第２電極の表面を研磨する工程。
（ｅ）研磨された前記第２半導体基板を個片化し、前記第２有機絶縁膜に対応する絶縁膜部分と少なくとも１つの前記第２電極とをそれぞれが備えた複数の半導体チップを取得する工程。
（ｆ）前記複数の半導体チップの表面を洗浄する工程。
（ｇ）前記第１半導体基板の前記第１電極に対して前記複数の半導体チップの内の少なくとも１つの半導体チップの前記第２電極の位置合わせを行う工程。
（ｈ）前記第１半導体基板の前記第１有機絶縁膜と前記半導体チップの前記絶縁膜部分とを互いに接合する工程。
（ｉ）前記第１半導体基板の前記第１電極と前記半導体チップの前記第２電極とを接合する工程。
（ａ）第１基板本体と、該第１基板本体の一面に設けられた第１有機絶縁膜及び第１電極とを有する第１半導体基板を準備する工程。
（ｂ）第２基板本体と、該第２基板本体の一面に設けられた第２有機絶縁膜及び複数の第２電極とを有する第２半導体基板を準備する工程。
（ｃ）前記第１半導体基板の前記一面側に配置されている前記第１有機絶縁膜及び前記第１電極の表面を研磨する工程。
（ｄ）前記第２半導体基板の前記一面側に配置されている前記第２有機絶縁膜及び前記第２電極の表面を研磨する工程。
（ｅ）研磨された前記第２半導体基板を個片化し、前記第２有機絶縁膜に対応する絶縁膜部分と少なくとも１つの前記第２電極とをそれぞれが備えた複数の半導体チップを取得する工程。
（ｆ）前記複数の半導体チップの表面を洗浄する工程。
（ｇ）前記第１半導体基板の前記第１電極に対して前記複数の半導体チップの内の少なくとも１つの半導体チップの前記第２電極の位置合わせを行う工程。
（ｈ）前記第１半導体基板の前記第１有機絶縁膜と前記半導体チップの前記絶縁膜部分とを互いに接合する工程。
（ｉ）前記第１半導体基板の前記第１電極と前記半導体チップの前記第２電極とを接合する工程。
【0018】
［工程（ａ）］
工程（ａ）は、半導体素子及びそれらを接続する配線などからなる集積回路が形成されたシリコン基板である第１半導体基板を準備する工程である。工程（ａ）では、図２の（ａ）に示すように、シリコン等からなる第１基板本体１０１の一面１０１ａに、メッキ下地層１０２を形成すると共に、メッキ下地層１０２の上にドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）を用いて、所定パターンの複数の開口１０３ａを有するレジスト層１０３を形成する。メッキ下地層１０２は、例えば、Ｔｉ／Ｃｕ膜であり、複数の開口１０３ａに露出する。レジスト層１０３が形成されると、図２の（ｂ）に示すように、各開口１０３ａ内に電気メッキにより銅を析出させて第１電極１０４を形成する。第１電極１０４は、銅以外の材料から形成されてもよい。その後、図２の（ｃ）に示すように、レジスト層１０３を除去する。これにより、複数の第１電極１０４の間に空隙１０４ａが形成される。
工程（ａ）は、半導体素子及びそれらを接続する配線などからなる集積回路が形成されたシリコン基板である第１半導体基板を準備する工程である。工程（ａ）では、図２の（ａ）に示すように、シリコン等からなる第１基板本体１０１の一面１０１ａに、メッキ下地層１０２を形成すると共に、メッキ下地層１０２の上にドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）を用いて、所定パターンの複数の開口１０３ａを有するレジスト層１０３を形成する。メッキ下地層１０２は、例えば、Ｔｉ／Ｃｕ膜であり、複数の開口１０３ａに露出する。レジスト層１０３が形成されると、図２の（ｂ）に示すように、各開口１０３ａ内に電気メッキにより銅を析出させて第１電極１０４を形成する。第１電極１０４は、銅以外の材料から形成されてもよい。その後、図２の（ｃ）に示すように、レジスト層１０３を除去する。これにより、複数の第１電極１０４の間に空隙１０４ａが形成される。
【0019】
続いて、絶縁膜に用いられる有機絶縁材料を準備する。ここで用いられる有機絶縁材料としては、例えば、ポリイミドであり、硬化した後のガラス転移温度Ｔｇが２５０℃以上の樹脂材料である。有機絶縁材料は、ポリイミド以外としては、例えば、ビスマレイミド、ポリアミドイミド、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、又は、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）等を用いることができる。これら有機絶縁材料は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の無機材料に比べて低い弾性率を有しており、柔らかい材料である。このような有機材料を用いることにより、後述する工程（ｈ）で有機絶縁膜同士を貼り合わせる際、絶縁膜上に微細なデブリがあっても有機絶縁膜内に吸収してデブリによる接合不良を防止し、有機絶縁膜同士の貼り合わせを確実に行うことが可能となる。有機絶縁材料は、液状又は溶媒に可溶なものとして準備される。
【0020】
液状の有機絶縁材料が準備されると、図２の（ｄ）に示すように、第１基板本体１０１の一面１０１ａ上に有機絶縁材料１０５をスピンコートにより塗布する。これにより、複数の第１電極１０４の全体を有機絶縁材料１０５が覆うようになる。有機絶縁材料１０５が塗布されると、図１の（ｅ）に示すように、有機絶縁材料１０５を含む半製品を所定時間（例えば２時間）、高温（例えば３５０℃以上）で加熱して、有機絶縁材料１０５を硬化させる。これにより、有機絶縁材料１０５が硬化して、第１絶縁膜１０５Ａが形成される。以上により、第１半導体基板１００が形成される。
【0021】
［工程（ｂ）］
工程（ｂ）は、工程（ａ）と同様のプロセスであり、半導体素子及びそれらを接続する配線などからなる集積回路が形成されたシリコン基板である第２半導体基板を準備する工程である。工程（ｂ）では、図２の（ａ）に示すように、シリコン等からなる第２基板本体２０１の一面２０１ａに、メッキ下地層２０２を形成すると共に、メッキ下地層２０２の上にドライフィルムレジストを用いて、所定パターンの複数の開口２０３ａを有するレジスト層２０３を形成する。レジスト層２０３が形成されると、図２の（ｂ）に示すように、各開口２０３ａ内に電気メッキにより銅を析出させて第２電極２０４を形成する。第２電極２０４は、銅以外の材料から形成されてもよい。その後、図２の（ｃ）に示すように、レジスト層２０３を除去する。これにより、複数の第２電極２０４の間に空隙２０４ａが形成される。
工程（ｂ）は、工程（ａ）と同様のプロセスであり、半導体素子及びそれらを接続する配線などからなる集積回路が形成されたシリコン基板である第２半導体基板を準備する工程である。工程（ｂ）では、図２の（ａ）に示すように、シリコン等からなる第２基板本体２０１の一面２０１ａに、メッキ下地層２０２を形成すると共に、メッキ下地層２０２の上にドライフィルムレジストを用いて、所定パターンの複数の開口２０３ａを有するレジスト層２０３を形成する。レジスト層２０３が形成されると、図２の（ｂ）に示すように、各開口２０３ａ内に電気メッキにより銅を析出させて第２電極２０４を形成する。第２電極２０４は、銅以外の材料から形成されてもよい。その後、図２の（ｃ）に示すように、レジスト層２０３を除去する。これにより、複数の第２電極２０４の間に空隙２０４ａが形成される。
【0022】
続いて、第２絶縁膜に用いられる有機絶縁材料を準備する。ここで用いられる有機絶縁材料としては、例えば、ポリイミドであり、硬化した後のガラス転移温度Ｔｇが２５０℃以上の樹脂材料である。第２絶縁膜に用いられる有機絶縁材料は、第１絶縁膜に用いられる有機絶縁材料と同じであってもよく、記載を省略する。液状の有機絶縁材料が準備されると、図２の（ｄ）に示すように、第２基板本体２０１の一面２０１ａ上に有機絶縁材料２０５をスピンコートにより塗布する。これにより、複数の第２電極２０４の全体を有機絶縁材料２０５が覆うようになる。有機絶縁材料２０５が形成されると、図２の（ｅ）に示すように、有機絶縁材料２０５を含む半製品を所定時間（例えば２時間）、高温（例えば３５０℃以上）で加熱して、硬化させる。これにより、有機絶縁材料２０５が硬化して、第２絶縁膜２０５Ａが形成される。以上により、第２半導体基板２００が形成される。
【0023】
［工程（ｃ）］
続いて、硬化した有機絶縁材料からなる第１絶縁膜１０５Ａを含む第１半導体基板１００が形成されると、図２の（ｅ）及び（ｆ）に示すように、第１絶縁膜１０５Ａの表面１０５ａをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて研磨する。工程（ｃ）では、第１絶縁膜１０５Ａだけでなく、第１電極１０４の先端部分も研磨する。工程（ｃ）では、例えば、第１電極１０４の先端１０４ｂが、研磨された第１絶縁膜１０５Ｂの表面１０５ｂから突出するように選択的にＣＭＰ法で研磨してもよいし、逆に、第１電極１０４の先端１０４ｂが、研磨された第１絶縁膜１０５Ｂの表面１０５ｂから凹むように選択的にＣＭＰ法で研磨してもよい。このような選択的な研磨は、ＣＭＰ法に用いるスラリーの材料構成又は研磨速度等を変えることで実現することが可能である。この研磨により、第１半導体基板１００Ａの表面上のデブリ等も除去される。工程（ｃ）による研磨により、第１半導体基板１００Ａの表面、即ち、第１絶縁膜１０５Ｂの表面１０５ｂと第１電極１０４の先端１０４ｂの表面との表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるように研磨される。なお、ここで用いる表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１－２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）である。
続いて、硬化した有機絶縁材料からなる第１絶縁膜１０５Ａを含む第１半導体基板１００が形成されると、図２の（ｅ）及び（ｆ）に示すように、第１絶縁膜１０５Ａの表面１０５ａをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて研磨する。工程（ｃ）では、第１絶縁膜１０５Ａだけでなく、第１電極１０４の先端部分も研磨する。工程（ｃ）では、例えば、第１電極１０４の先端１０４ｂが、研磨された第１絶縁膜１０５Ｂの表面１０５ｂから突出するように選択的にＣＭＰ法で研磨してもよいし、逆に、第１電極１０４の先端１０４ｂが、研磨された第１絶縁膜１０５Ｂの表面１０５ｂから凹むように選択的にＣＭＰ法で研磨してもよい。このような選択的な研磨は、ＣＭＰ法に用いるスラリーの材料構成又は研磨速度等を変えることで実現することが可能である。この研磨により、第１半導体基板１００Ａの表面上のデブリ等も除去される。工程（ｃ）による研磨により、第１半導体基板１００Ａの表面、即ち、第１絶縁膜１０５Ｂの表面１０５ｂと第１電極１０４の先端１０４ｂの表面との表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるように研磨される。なお、ここで用いる表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１－２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）である。
【0024】
［工程（ｄ）］
続いて、硬化した有機絶縁材料からなる第２絶縁膜２０５Ａが形成されると、工程（ｃ）と同様に、図２の（ｅ）及び（ｆ）に示すように、第２絶縁膜２０５Ａの表面２０５ａをＣＭＰ法を用いて研磨する。工程（ｄ）では、第２絶縁膜２０５Ａだけでなく、第２電極２０４の先端部分も研磨する。工程（ｄ）では、例えば、第２電極２０４の先端２０４ｂが、研磨された第２絶縁膜２０５Ｂの表面２０５ｂから突出するように選択的にＣＭＰ法で研磨してもよいし、逆に、第２電極２０４の先端２０４ｂが、研磨された第２絶縁膜２０５Ｂの表面２０５ｂから凹むように選択的にＣＭＰ法で研磨してもよい。この研磨により、第２半導体基板２００Ａの表面上のデブリ等も除去される。工程［ｄ］による研磨により、第２半導体基板２００Ａの表面、即ち、第２絶縁膜２０５Ｂの表面２０５ｂと第２電極２０４の先端２０４ｂの表面との表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるように研磨される。
続いて、硬化した有機絶縁材料からなる第２絶縁膜２０５Ａが形成されると、工程（ｃ）と同様に、図２の（ｅ）及び（ｆ）に示すように、第２絶縁膜２０５Ａの表面２０５ａをＣＭＰ法を用いて研磨する。工程（ｄ）では、第２絶縁膜２０５Ａだけでなく、第２電極２０４の先端部分も研磨する。工程（ｄ）では、例えば、第２電極２０４の先端２０４ｂが、研磨された第２絶縁膜２０５Ｂの表面２０５ｂから突出するように選択的にＣＭＰ法で研磨してもよいし、逆に、第２電極２０４の先端２０４ｂが、研磨された第２絶縁膜２０５Ｂの表面２０５ｂから凹むように選択的にＣＭＰ法で研磨してもよい。この研磨により、第２半導体基板２００Ａの表面上のデブリ等も除去される。工程［ｄ］による研磨により、第２半導体基板２００Ａの表面、即ち、第２絶縁膜２０５Ｂの表面２０５ｂと第２電極２０４の先端２０４ｂの表面との表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるように研磨される。
【0025】
［工程（ｅ）］
続いて、第２半導体基板２００Ａの研磨が終了すると、工程（ｅ）では、研磨された第２半導体基板２００Ａを個片化し、第２絶縁膜２０５Ｂに対応する絶縁膜部分２０５Ｃと少なくとも１つの第２電極２０４とをそれぞれが備えた複数の半導体チップ２０を取得する。工程（ｅ）では、図３の（ａ）に示すように、第２半導体基板２００をダイシングテープ２０６上に配置して、第２絶縁膜２０５Ｂから第２基板本体２０１に向かってダイシング等の切断手段により複数の半導体チップ２０へと個片化する。第２半導体基板２００Ａをダイシングする際に第２絶縁膜２０５Ｂに保護材等を被覆して、それから個片化してもよい。工程（ｅ）により、第２半導体基板２００Ａの第２絶縁膜２０５Ｂは、図３の（ａ）に示すように、各半導体チップ２０に対応する絶縁膜部分２０５Ｃへと分割される。また、第２基板本体２０１は、同様に、対応する基板部分２０１Ｂへと分割される。第２半導体基板２００Ａを個片化するダイシング方法としては、例えば、プラズマダイシング、ステルスダイシング又はレーザーダイシングを用いることができる。
続いて、第２半導体基板２００Ａの研磨が終了すると、工程（ｅ）では、研磨された第２半導体基板２００Ａを個片化し、第２絶縁膜２０５Ｂに対応する絶縁膜部分２０５Ｃと少なくとも１つの第２電極２０４とをそれぞれが備えた複数の半導体チップ２０を取得する。工程（ｅ）では、図３の（ａ）に示すように、第２半導体基板２００をダイシングテープ２０６上に配置して、第２絶縁膜２０５Ｂから第２基板本体２０１に向かってダイシング等の切断手段により複数の半導体チップ２０へと個片化する。第２半導体基板２００Ａをダイシングする際に第２絶縁膜２０５Ｂに保護材等を被覆して、それから個片化してもよい。工程（ｅ）により、第２半導体基板２００Ａの第２絶縁膜２０５Ｂは、図３の（ａ）に示すように、各半導体チップ２０に対応する絶縁膜部分２０５Ｃへと分割される。また、第２基板本体２０１は、同様に、対応する基板部分２０１Ｂへと分割される。第２半導体基板２００Ａを個片化するダイシング方法としては、例えば、プラズマダイシング、ステルスダイシング又はレーザーダイシングを用いることができる。
【0026】
［工程（ｆ）］
続いて、第２半導体基板２００Ａを個片化して複数の半導体チップ２０が形成されると、工程（ｆ）では、複数の半導体チップ２０の表面２０ａを酸洗浄する。この洗浄では、例えば、クエン酸またはアスコルビン酸を純水で希釈して、クエン酸またはアスコルビン酸を含む酸性水溶液（例えば５体積％の酸性水溶液）を準備する。そして、複数の半導体チップ２０の表面２０ａを、この酸性水溶液に所定時間（例えば１分間）浸して、表面２０ａを洗浄する。このような酸洗浄処理により、複数の半導体チップ２０の表面２０ａに付着した酸化物が除去される。また、ここで用いる酸性水溶液が、クエン酸またはアスコルビン酸といった酸解離定数（ｐｋａ）が高い材料を用いた水溶液であることで、第２電極２０４の表面２０４ｂの酸化物を適切に除去することができる一方、絶縁膜部分２０５Ｃの表面２０５ｃの表面粗さＲａを荒らさないようにすることができる。酸性水溶液への浸漬が終了すると、半導体チップ２０の表面２０ａを純水等で洗浄し、その後、窒素等により乾燥させる。このような酸洗浄により、例えば、第２電極２０４の表面２０４ｂに堆積している酸化物を半分以上、除去することができる。
続いて、第２半導体基板２００Ａを個片化して複数の半導体チップ２０が形成されると、工程（ｆ）では、複数の半導体チップ２０の表面２０ａを酸洗浄する。この洗浄では、例えば、クエン酸またはアスコルビン酸を純水で希釈して、クエン酸またはアスコルビン酸を含む酸性水溶液（例えば５体積％の酸性水溶液）を準備する。そして、複数の半導体チップ２０の表面２０ａを、この酸性水溶液に所定時間（例えば１分間）浸して、表面２０ａを洗浄する。このような酸洗浄処理により、複数の半導体チップ２０の表面２０ａに付着した酸化物が除去される。また、ここで用いる酸性水溶液が、クエン酸またはアスコルビン酸といった酸解離定数（ｐｋａ）が高い材料を用いた水溶液であることで、第２電極２０４の表面２０４ｂの酸化物を適切に除去することができる一方、絶縁膜部分２０５Ｃの表面２０５ｃの表面粗さＲａを荒らさないようにすることができる。酸性水溶液への浸漬が終了すると、半導体チップ２０の表面２０ａを純水等で洗浄し、その後、窒素等により乾燥させる。このような酸洗浄により、例えば、第２電極２０４の表面２０４ｂに堆積している酸化物を半分以上、除去することができる。
【0027】
［工程（ｇ）］
続いて、半導体チップ２０の酸洗浄処理が終了すると、図３の（ｂ）に示すように、第１半導体基板１００Ａの第１電極１０４に対して各半導体チップ２０の第２電極２０４の位置合わせを行う。工程（ｇ）では、ボンディングパッドＰを用いて半導体チップ２０をピックアップし、第２電極２０４を第１電極１０４に対して位置合わせさせる。
続いて、半導体チップ２０の酸洗浄処理が終了すると、図３の（ｂ）に示すように、第１半導体基板１００Ａの第１電極１０４に対して各半導体チップ２０の第２電極２０４の位置合わせを行う。工程（ｇ）では、ボンディングパッドＰを用いて半導体チップ２０をピックアップし、第２電極２０４を第１電極１０４に対して位置合わせさせる。
【0028】
［工程（ｈ）及び工程（ｉ）］
続いて、第１半導体基板１００Ａの第１電極１０４に対する半導体チップ２０の第２電極２０４の位置決めがされると、図３の（ｃ）に示すように、第１半導体基板１００Ａ及び半導体チップ２０を所定の高温（例えば、３００℃）に加熱すると共に、第１半導体基板１００Ａに対して半導体チップ２０を所定圧（例えば、０．８ＭＰａ）で押圧する。この押圧処理は、例えば、押圧部材Ｒを用いて１時間程度継続される。このようなハイブリッドボンディングにより、第１半導体基板１００Ａの第１絶縁膜１０５Ｂと半導体チップ２０の絶縁膜部分２０５Ｃとを互いに接合すると共に、第１半導体基板１００の第１電極１０４と半導体チップ２０の第２電極２０４とを接合する。絶縁膜同士の接合と電極同士との接合は同時に行われてもよいし、絶縁膜同士が接合された後に、押圧を更に進めて電極同士を接合させてもよい。このような接合により、図１に示す半導体装置１が得られる。
続いて、第１半導体基板１００Ａの第１電極１０４に対する半導体チップ２０の第２電極２０４の位置決めがされると、図３の（ｃ）に示すように、第１半導体基板１００Ａ及び半導体チップ２０を所定の高温（例えば、３００℃）に加熱すると共に、第１半導体基板１００Ａに対して半導体チップ２０を所定圧（例えば、０．８ＭＰａ）で押圧する。この押圧処理は、例えば、押圧部材Ｒを用いて１時間程度継続される。このようなハイブリッドボンディングにより、第１半導体基板１００Ａの第１絶縁膜１０５Ｂと半導体チップ２０の絶縁膜部分２０５Ｃとを互いに接合すると共に、第１半導体基板１００の第１電極１０４と半導体チップ２０の第２電極２０４とを接合する。絶縁膜同士の接合と電極同士との接合は同時に行われてもよいし、絶縁膜同士が接合された後に、押圧を更に進めて電極同士を接合させてもよい。このような接合により、図１に示す半導体装置１が得られる。
【0029】
なお、このようにハイブリッドボンディングにより互いに接合された第１半導体基板１００と複数の半導体チップ２０とを、図３の（ｄ）に示すように、更に個片化してもよい。このようにして形成される半導体装置１Ａは、少なくとも１つの半導体チップ２０と、第１半導体基板１００の内、半導体チップ２０に対応する基板部分２０１Ｂとを有する。
【0030】
以上、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、表面が研磨された第２半導体基板２００Ａを個片化して複数の半導体チップ２０とした後に、複数の半導体チップ２０の表面２０ａ、即ち、第２絶縁膜２０５Ｂに対応する絶縁膜部分２０５Ｃの表面２０５ｃと第２電極２０４の表面２０４ｂを洗浄している。しかも、この洗浄では、絶縁膜部分２０５Ｃの表面２０５ｃの表面粗さＲａが１ｎｍ以下を維持するように、クエン酸またはアスコルビン酸を含む酸性水溶液で複数の半導体チップ２０の表面を洗浄している。本発明者らの知見によれば、クエン酸またはアスコルビン酸といった酸解離定数（ｐｋａ）が高い材料を用いることで、第２電極２０４の表面２０４ｂの酸化物を適切に除去することができる一方、絶縁膜部分２０５Ｃの表面２０５ｃを荒らさないようにすることができることが分かってきている。このように、この半導体装置の製造方法によれば、ハイブリッドボンディング製法において電極同士の接続抵抗を下げると共に、有機絶縁膜同士の接合強度を高めることができる。
【0031】
また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、複数の半導体チップ２０の表面２０ａを酸性水溶液に所定時間浸すことで洗浄が行われてもよい。この場合、第２電極２０４の表面２０４ｂにおける酸化物を容易に除去することができる。この場合において、酸性水溶液へ浸す所定時間は１分間以内であってもよい。これにより、複数の半導体チップ２０の第２電極２０４の表面２０４ｂの酸化物をより確実に除去することができると共に、第２絶縁膜２０５Ｂに対応する絶縁膜部分２０５Ｃの表面２０５ｃを必要以上に荒らさないようにすることができる（例えば、図６の（ｂ）を参照）。よって、この方法によれば、ハイブリッドボンディング製法において電極同士の接続抵抗を下げると共に、有機絶縁膜同士の接合強度を高めることができる。
【0032】
また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第２絶縁膜２０５Ｂに含まれる樹脂材料は、ビスマレイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、又は、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）を含んでもよい。この場合、ハイブリッドボンディング製法において第１電極１０４と第２電極２０４とを接合する際に高温をかけたとしても、第２絶縁膜２０５Ｂに対応する絶縁膜部分２０５Ｃが軟化して第１電極１０４と第２電極２０４との接合を阻害してしまうことを抑制できる。
【0033】
また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第２半導体基板２００を研磨する工程では、第２絶縁膜２０５Ｂの表面及び第２電極２０４の表面の表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるように研磨することが好ましい。第２電極２０４の表面粗さＲａが１ｎｍ以下になるように研磨されていることにより、第１電極１０４と第２電極２０４との接合をより確実に行って、電極同士の接続抵抗をより確実に下げることが可能となる。また、第２絶縁膜２０５Ｂの表面粗さＲａが１ｎｍ以下に研磨されていることにより、研磨後に酸性水溶液で洗浄されたとしても、絶縁膜部分２０５Ｃの表面粗さＲａをそれほど荒らさなくても済み、第１絶縁膜１０５Ｂとの接合をより確実に行うことが可能となる。
【実施例0034】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0035】
実施例１では、上述した第１半導体基板１００Ａと第２半導体基板２００Ａ（半導体チップ２０）に対応する一対の第１テストウェハを準備し、所定の酸洗浄を行った後に両者を接合して、半導体装置１における有機絶縁膜同士の接合強度を確認した。また、実施例２では、図４に示す端子電極を含み表面側に有機絶縁膜が配置された第２テストウェハを一対準備した後に両者を接合して、半導体装置１における端子電極同士の接続抵抗を確認した。図４は、ディジーチェーン接続するための第２テストウェハを作製する方法を示す図である。
【0036】
まず、実施例１及び実施例２の第１テストウェハ及び第２テストウェハに用いる有機絶縁膜の材料として、ポリイミドＰＩ－Ａ（ＨＤマイクロシステムズ社製、商品名）を準備した。このポリイミドＰＩ－Ａは、引張強度が１９４ＭＰａ、伸度が９４％、弾性率（ヤング率）が２．５ＧＰａ、ガラス転移温度Ｔｇが２６７℃、熱膨張係数（ＣＴＥ）が７５ｐｐｍ／℃であった。
【0037】
続いて、実施例１として、図２に示す方法により、シリコン基板である第１基板本体１０１上に１０μｍ角であって高さ６μｍの銅ピラー（Ｃｕ）である多数の第１電極１０４をセミアディディブ法にて作製した。その後、上述したポリイミドＰＩ－Ａを第１基板本体１０１上にスピンコートして第１電極１０４を覆うように被覆し、窒素雰囲気下において、３７５℃で２時間ベークして硬化させた。その後、ＣＭＰ法によって、第１電極１０４及びポリイミドＰＩ－Ａの硬化物（第１絶縁膜１０５Ａに相当）の表面を研磨した。これにより、第１半導体基板１００Ａを作製した。また、同様の方法で、第２半導体基板２００Ａを作製した。ＣＭＰによって研磨された第１半導体基板１００Ａと第２半導体基板２００Ａの各表面の表面粗さＲａは、図５に示す通りであった。
【0038】
より具体的には、第１電極１０４及び第２電極２０４の表面の表面粗さＲａは０．６６７ｎｍであり（図５の（ａ）を参照）、有機絶縁層の表面の表面粗さＲａは、０．３７５ｎｍであった（図５の（ｂ）を参照）。表面粗さＲａの測定は、走査型プローブ顕微鏡装置ＳＰＩ４０００（日立ハイテク製、商品名）を用いて、ＪＩＳ Ｂ ０６０１－２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）の測定方法に準じて測定された。また、図６は、ウエハ中心からの距離に応じた表面粗さＲａの分布を示したものであり、図６の（ａ）は、銅から成る第１電極１０４及び第２電極２０４の表面粗さＲａをウエハ中心からの距離（０ｍｍ、５０ｍｍ、８０ｍｍ）毎にまとめた表であり、図６の（ｂ）は、ポリイミドからなる第１絶縁膜１０５Ｂ及び第２絶縁膜２０５Ｂの表面粗さＲａをウエハ中心からの距離（０ｍｍ、５０ｍｍ、８０ｍｍ）毎にまとめた表である。
【0039】
また、実施例２における電気的な接続を試験するための第２テストウェハの作製では、図４に示すように、ポリイミドと銅を含むディジーチェーン接続体を作製した。この作製では、まず図４の（ａ）に示すように、シリコン基板である第３基板本体３０１上に絶縁層３０２であるＳｉＯ２層を設けると共に、一部が絶縁層３０２から突出するように第３電極３０３を設けた。その後、上記と同様にポリイミドＰＩ－Ａを準備して、スピンコートにより第３電極３０３の全体を覆うように有機絶縁材料を塗布して、絶縁膜３０４を形成した。続いて、図４の（ｃ）に示すように、窒素雰囲気下において、３７５℃で２時間ベークし、絶縁層３０４Ａとした。その後、図４の（ｄ）に示すように、ＣＭＰ法によって、第３電極３０３とポリイミドＰＩ－Ａの硬化物からなる絶縁層３０４Ａとの表面を研磨し、接続体３００を作製した。第３電極３０３と絶縁層３０４Ａの表面粗さＲａは、上述した第１半導体基板１００Ａと第２半導体基板２００Ａと同様であった。この実施例では、同じ構成を備える一対の接続体３００を作製した。
【0040】
続いて、第１半導体基板１００Ａに対応する第１テストウェハの一方と、一対の第２テストウェハの一方とをブレードダイサＤＦＤ－６３６２（ＤＩＳＣＯ社製、商品名）を用いてダイシングして、複数の半導体チップに個片化した。個片化されたチップのサイズは５ｍｍ×５ｍｍであった。そして、第１テストウェハ及び第２テストウェハを個片化した各半導体チップの一部を、クエン酸を純水で希釈した５体積％の酸性水溶液で洗浄した。クエン酸で洗浄した半導体チップは、第１テストウェハでは１１１個であり、第２テストウェハでは３２個であった。同様に、第１テストウェハ及び第２テストウェハを個片化した各半導体チップの別の一部を、アスコルビン酸を純水で希釈した５体積％の酸性水溶液で洗浄した。アスコルビン酸で洗浄した半導体チップは、第１テストウェハでは１２０個であり、第２テストウェハでは３１個であった。洗浄の方法は、いずれの酸性水溶液でも同じであり、上記の酸性水溶液に各半導体チップの接続表面を１分間浸して洗浄し、その後、純水でリンスして窒素で乾燥させた。
【0041】
このような酸洗浄処理により、図７に示すように、各半導体チップの端子電極上の酸化物の量が削減されることが確認できた。より詳細には、図７に示すように、酸洗浄処理がない場合の端子電極上の酸化物を１．０とした場合、クエン酸の酸性水溶液を用いて洗浄すると、酸洗浄処理をしない場合に比べて、酸化物を平均して６０％程度削減できることが確認された。また、アスコルビン酸の酸性水溶液を用いて洗浄すると、酸洗浄処理をしない場合に比べて、酸化物を平均して５０％程度削減できることが確認された。
【0042】
また、図８に示すように、各半導体チップの有機絶縁膜（ＰＩ：ポリイミド）の表面の表面粗さＲａは、アスコルビン酸の酸性水溶液を用いた場合、６０秒の浸漬でも１．０ｎｍ以下を維持できており、それ以上は荒れないことが確認できた。また、クエン酸の酸性水溶液を用いた場合、６０秒の浸漬でも各半導体チップの有機絶縁膜（ＰＩ：ポリイミド）の表面の表面粗さＲａは１．０ｎｍ以下を維持できており、それ以上は荒れないことが確認できた。一方、硫酸の５体積％水溶液を用いて洗浄した場合、半導体チップの有機絶縁膜の表面の表面粗さＲａは、６０秒の浸漬でも１．０ｎｍを超えてしまうことが確認された。
【0043】
続いて、実施例１として、上述した酸洗浄が終了した第１テストウェハからダイシングされた半導体チップ（半導体チップ２０に対応）を第１テストウェハの他方（第１半導体基板１００Ａに対応）に対して電極の位置合わせを行った後に互いに押し当てて３００℃で２時間加熱した。また、実施例２として、上述した酸洗浄が終了した第２テストウェハからダイシングされた半導体チップを第２テストウェハの他方（基板）に対して電極の位置合わせを行った後に互いに押し当てて３００℃で２時間加熱した。
【0044】
実施例１としては、第１テストウェハにおけるこのような加熱押圧により、各半導体チップが平均して２０ＭＰａ以上で接合していることが確認できた。即ち、各半導体チップの有機絶縁膜の表面がクエン酸又はアスコルビン酸のいずれの酸洗浄によっても荒れることがなく、ハイブリッドボンディングで有機絶縁膜同士が強固に接合されることが確認できた。図９に、クエン酸で酸洗浄した半導体チップの電極を第１テストウェハの電極に接合した状態の断面写真を示す。図９に示すように、接合した電極同士の境界がほぼなくなるように両者が接合されていることが確認できた。
【0045】
また、実施例２としては、上述した酸洗浄が終了して互いに接合された第２テストウェハから形成されたディジーチェーン接続体の電気抵抗を確認した。図１０に、クエン酸で酸洗浄した半導体チップを他方の第２テストウェハに接合した状態の断面写真を示す。図１０に示すように、接合した電極同士の境界及び有機絶縁膜同士の境界がほぼなくなるように両者が接合されていることが確認できた。また、図１１に、酸洗浄に用いたアスコルビン酸及びクエン酸毎の電気抵抗の結果を示す。図１１に示すように、アスコルビン酸の酸性水溶液を用いて洗浄した後に電極同士を接続した接続体では、抵抗が２～６Ωとなった。また、クエン酸の酸性水溶液を用いて洗浄した後に電極同士を接続した接続体では、抵抗が概ね２～８Ωとなった。なお、図８に示す半導体チップの電極（Ｃｕ）の表面粗さＲａにおいて、端子電極の表面粗さＲａは、アスコルビン酸の酸性水溶液を用いた場合、６０秒の浸漬で２．２５ｎｍ程度まで荒れてしまい、また、クエン酸の酸性水溶液を用いた場合、６０秒の浸漬で２．０ｎｍ程度まで荒れてしまっていた。しかしながら、図１１に示す抵抗試験の結果からは、端子電極の表面が多少荒れてしまったとしても、電極の接合、即ち接続抵抗への影響はそれほど大きくなく、許容できる範囲であることが確認できた。
【0046】
以上、実施例１及び２によれば、有機絶縁膜を用いたハイブリッドボンディング製法において、クエン酸またはアスコルビン酸を含む酸性水溶液で半導体チップの表面を洗浄することにより、酸化物を取り除いて電極同士の接続抵抗を下げられると共に、有機絶縁膜同士の接合強度を高めることができることが確認できた。
【符号の説明】
【0047】
１，１Ａ…半導体装置、１０…第１半導体基板、２０…半導体チップ、１００，１００Ａ…第１半導体基板、１０１…第１基板本体、１０１ａ…一面、１０４…第１電極，１０４ｂ…先端、１０５…有機絶縁材料、１０５Ａ，１０５Ｂ…第１絶縁膜、１０５ａ，１０５ｂ…表面、２００，２００Ａ…第２半導体基板、２０１…第２基板本体、２０１ａ…一面、２０４…第２電極、２０４ｂ…先端、２０５…有機絶縁材料、２０５Ａ，２０５Ｂ…第２絶縁膜、２０５Ｃ…絶縁膜部分、２０５ｃ…表面。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】