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(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】P2024156024
(43)【公開日】2024-10-31
(54)【発明の名称】積層体の作製方法、及び、積層体
(51)【国際特許分類】
H01L 25/07 20060101AFI20241024BHJP
H01L 21/60 20060101ALI20241024BHJP
【ＦＩ】
H01L25/08 B
H01L21/60 311S
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024146644
(22)【出願日】2024-08-28
(62)【分割の表示】P 2023565782の分割
【原出願日】2021-12-08
(71)【出願人】
【識別番号】000004455
【氏名又は名称】株式会社レゾナック
(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】今津 裕貴
(72)【発明者】
【氏名】満倉 一行
(57)【要約】
【課題】、製造コストを抑えつつ、有機絶縁層同士の接着強度を高めた積層体の製造方法を提供する。
【解決手段】積層体の製造方法は、第１の熱硬化性樹脂及び第１の無機酸化物粒子を含む第１の有機絶縁層を第１の支持基板上に形成する工程と、第１の有機絶縁層の第１の表面を研磨して平坦化する工程と、研磨された第１の表面を、第２の熱硬化性樹脂及び第２の無機酸化物粒子を含む第２の有機絶縁層の第２の表面に貼り合わせる工程と、を備える。
【選択図】図８
【解決手段】積層体の製造方法は、第１の熱硬化性樹脂及び第１の無機酸化物粒子を含む第１の有機絶縁層を第１の支持基板上に形成する工程と、第１の有機絶縁層の第１の表面を研磨して平坦化する工程と、研磨された第１の表面を、第２の熱硬化性樹脂及び第２の無機酸化物粒子を含む第２の有機絶縁層の第２の表面に貼り合わせる工程と、を備える。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の熱硬化性樹脂及び第１の無機酸化物粒子を含む第１の有機絶縁層を第１の支持基板上に形成する工程と、
前記第１の有機絶縁層の第１の表面を研磨して平坦化する工程と、
研磨された前記第１の表面を、第２の熱硬化性樹脂及び第２の無機酸化物粒子を含む第２の有機絶縁層の第２の表面に貼り合わせる工程と、
を備える、積層体の作製方法。
前記第１の有機絶縁層の第１の表面を研磨して平坦化する工程と、
研磨された前記第１の表面を、第２の熱硬化性樹脂及び第２の無機酸化物粒子を含む第２の有機絶縁層の第２の表面に貼り合わせる工程と、
を備える、積層体の作製方法。
【請求項2】
前記第１の有機絶縁層を研磨する工程では、前記第１の表面の算術平均粗さが５０ｎｍ以下となるように前記第１の有機絶縁層を研磨する、
請求項１に記載の積層体の作製方法。
請求項１に記載の積層体の作製方法。
【請求項3】
前記第１の有機絶縁層の総体積に対する前記第１の無機酸化物粒子の含有量は１５体積％～７０体積％である、
請求項１又は２に記載の積層体の作製方法。
請求項１又は２に記載の積層体の作製方法。
【請求項4】
前記第１の有機絶縁層を研削する工程を更に備え、
前記第１の有機絶縁層を研磨する工程では、前記第１の有機絶縁層の研削された前記第１の表面を研磨する、
請求項１～３の何れか一項に記載の積層体の作製方法。
前記第１の有機絶縁層を研磨する工程では、前記第１の有機絶縁層の研削された前記第１の表面を研磨する、
請求項１～３の何れか一項に記載の積層体の作製方法。
【請求項5】
前記第２の熱硬化性樹脂及び前記第２の無機酸化物粒子を含む前記第２の有機絶縁層を第２の支持基板上に形成する工程と、
前記第２の有機絶縁層の前記第２の表面を研磨して平坦化する工程と、を更に備え、
前記貼り合わせる工程では、平坦化された前記第１の表面を、平坦化された前記第２の表面に貼り合わせる、
請求項１～４の何れか一項に記載の積層体の作製方法。
前記第２の有機絶縁層の前記第２の表面を研磨して平坦化する工程と、を更に備え、
前記貼り合わせる工程では、平坦化された前記第１の表面を、平坦化された前記第２の表面に貼り合わせる、
請求項１～４の何れか一項に記載の積層体の作製方法。
【請求項6】
前記第２の有機絶縁層を研磨する工程では、前記第２の表面の算術平均粗さが５０ｎｍ以下となるように前記第２の有機絶縁層を研磨する、
請求項５に記載の積層体の作製方法。
請求項５に記載の積層体の作製方法。
【請求項7】
前記第２の有機絶縁層の総体積に対する前記第２の無機酸化物粒子の含有量は１５体積％～７０体積％である、
請求項５又は６に記載の積層体の作製方法。
請求項５又は６に記載の積層体の作製方法。
【請求項8】
前記第２の有機絶縁層を研削する工程を更に備え、
前記第２の有機絶縁層を研磨する工程では、前記第２の有機絶縁層の研削された前記第２の表面を研磨する、
請求項５～７の何れか一項に記載の積層体の作製方法。
前記第２の有機絶縁層を研磨する工程では、前記第２の有機絶縁層の研削された前記第２の表面を研磨する、
請求項５～７の何れか一項に記載の積層体の作製方法。
【請求項9】
前記第１の支持基板上に第１の配線電極を形成する工程を更に備え、
前記第１の有機絶縁層を形成する工程では、前記第１の配線電極が前記第１の熱硬化性樹脂及び前記第１の無機酸化物粒子を含む第１の有機絶縁材料によって封止される、
請求項１～８の何れか一項に記載の積層体の作製方法。
前記第１の有機絶縁層を形成する工程では、前記第１の配線電極が前記第１の熱硬化性樹脂及び前記第１の無機酸化物粒子を含む第１の有機絶縁材料によって封止される、
請求項１～８の何れか一項に記載の積層体の作製方法。
【請求項10】
前記第１の有機絶縁層を研磨する工程の前に、前記第１の配線電極の接続端子が前記第１の有機絶縁層の前記第１の表面から露出するように前記第１の有機絶縁層を研削する、
請求項９に記載の積層体の作製方法。
請求項９に記載の積層体の作製方法。
【請求項11】
第２の支持基板上に第２の配線電極を形成する工程と、
前記第２の熱硬化性樹脂及び前記第２の無機酸化物粒子を含む第２の有機絶縁材料によって前記第２の配線電極を封止するように、前記第２の熱硬化性樹脂及び前記第２の無機酸化物を含む前記第２の有機絶縁層を前記第２の支持基板上に形成する工程と、を更に備え、
前記貼り合わせる工程では、前記第１の有機絶縁層の前記第１の表面を前記第２の有機絶縁層の前記第２の表面に貼り合わせる際に、前記第１の配線電極の接続端子を前記第２の配線電極の接続端子に接合する、
請求項９又は１０に記載の積層体の作製方法。
前記第２の熱硬化性樹脂及び前記第２の無機酸化物粒子を含む第２の有機絶縁材料によって前記第２の配線電極を封止するように、前記第２の熱硬化性樹脂及び前記第２の無機酸化物を含む前記第２の有機絶縁層を前記第２の支持基板上に形成する工程と、を更に備え、
前記貼り合わせる工程では、前記第１の有機絶縁層の前記第１の表面を前記第２の有機絶縁層の前記第２の表面に貼り合わせる際に、前記第１の配線電極の接続端子を前記第２の配線電極の接続端子に接合する、
請求項９又は１０に記載の積層体の作製方法。
【請求項12】
前記第１の支持基板上に第１の半導体チップを配置する工程を更に備え、
前記第１の有機絶縁層を形成する工程では、前記第１の半導体チップが前記第１の熱硬化性樹脂及び前記第１の無機酸化物粒子を含む第１の有機絶縁材料で封止される、
請求項１～１１の何れか一項に記載の積層体の作製方法。
前記第１の有機絶縁層を形成する工程では、前記第１の半導体チップが前記第１の熱硬化性樹脂及び前記第１の無機酸化物粒子を含む第１の有機絶縁材料で封止される、
請求項１～１１の何れか一項に記載の積層体の作製方法。
【請求項13】
前記第１の有機絶縁層を研磨する工程の前に、前記第１の半導体チップの接続端子が前記第１の有機絶縁層の前記第１の表面から露出するように前記第１の有機絶縁層を研削する、
請求項１２に記載の積層体の作製方法。
請求項１２に記載の積層体の作製方法。
【請求項14】
第２の支持基板上に第２の半導体チップを配置する工程と、
前記第２の熱硬化性樹脂及び前記第２の無機酸化物粒子を含む第２の有機絶縁材料によって前記第２の半導体チップを封止するように、前記第２の熱硬化性樹脂及び前記第２の無機酸化物を含む前記第２の有機絶縁層を前記第２の支持基板上に形成する工程と、を更に備え、
前記貼り合わせる工程では、前記第１の有機絶縁層の前記第１の表面を前記第２の有機絶縁層の前記第２の表面に貼り合わせる際に、前記第１の半導体チップの接続端子を前記第２の半導体チップの接続端子に接合する、
請求項１２又は１３に記載の積層体の作製方法。
前記第２の熱硬化性樹脂及び前記第２の無機酸化物粒子を含む第２の有機絶縁材料によって前記第２の半導体チップを封止するように、前記第２の熱硬化性樹脂及び前記第２の無機酸化物を含む前記第２の有機絶縁層を前記第２の支持基板上に形成する工程と、を更に備え、
前記貼り合わせる工程では、前記第１の有機絶縁層の前記第１の表面を前記第２の有機絶縁層の前記第２の表面に貼り合わせる際に、前記第１の半導体チップの接続端子を前記第２の半導体チップの接続端子に接合する、
請求項１２又は１３に記載の積層体の作製方法。
【請求項15】
第１の支持基板と、
第１の熱硬化性樹脂の硬化物及び第１の無機酸化物粒子を含み、前記第１の支持基板上に形成された第１の有機絶縁層と、
第２の熱硬化性樹脂の硬化物及び第２の無機酸化物粒子を含み、前記第１の有機絶縁層に貼り合わされた第２の有機絶縁層と、
を備える、積層体。
第１の熱硬化性樹脂の硬化物及び第１の無機酸化物粒子を含み、前記第１の支持基板上に形成された第１の有機絶縁層と、
第２の熱硬化性樹脂の硬化物及び第２の無機酸化物粒子を含み、前記第１の有機絶縁層に貼り合わされた第２の有機絶縁層と、
を備える、積層体。
【請求項16】
前記第１の支持基板上及び前記第１の支持基板内の何れかに配置される半導体チップを更に備える、
請求項１５に記載の積層体。
請求項１５に記載の積層体。
【請求項17】
前記第１の有機絶縁層中に少なくとも一部が配置され、前記第１の有機絶縁層の前記第２の有機絶縁層に貼り合わされる第１の表面から接続端子が露出する第１の配線電極であって、前記半導体チップと接続されている、第１の配線電極と、
前記第２の有機絶縁層中に少なくとも一部が配置され、前記第２の有機絶縁層の前記第１の有機絶縁層に貼り合わされる第２の表面から接続端子が露出する第２の配線電極と、を更に備え、
前記第１の配線電極の接続端子と前記第２の配線電極の接続端子とが接合されている、
請求項１６に記載の積層体。
前記第２の有機絶縁層中に少なくとも一部が配置され、前記第２の有機絶縁層の前記第１の有機絶縁層に貼り合わされる第２の表面から接続端子が露出する第２の配線電極と、を更に備え、
前記第１の配線電極の接続端子と前記第２の配線電極の接続端子とが接合されている、
請求項１６に記載の積層体。
【請求項18】
前記半導体チップは、前記第１の支持基板上であって、前記第１の有機絶縁層中に少なくとも一部が配置され、前記半導体チップの接続端子が、前記第１の有機絶縁層の前記第２の有機絶縁層に貼り合わされる第１の表面から露出する、
請求項１６又は１７に記載の積層体。
請求項１６又は１７に記載の積層体。
【請求項19】
前記第１の有機絶縁層の総体積に対する前記第１の無機酸化物粒子の含有量は１５体積％～７０体積％である、
請求項１５～１８の何れか一項に記載の積層体。
請求項１５～１８の何れか一項に記載の積層体。
【請求項20】
前記第１の有機絶縁層と前記第２の有機絶縁層とが貼り合わされる面において、前記第１の無機酸化物粒子と前記第２の無機酸化物粒子とが接合している、
請求項１５～１９の何れか一項に記載の積層体。
請求項１５～１９の何れか一項に記載の積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、積層体の作製方法、及び、積層体に関し、例えば、半導体チップを備えた積層体（半導体装置）の作製方法、及び、半導体チップを備えた積層体に関する。
【背景技術】
【0002】
縦方向に積層した半導体チップ同士の接続又はシリコンインターポーザ―などの半導体パッケージと半導体チップとの接続において接続端子を接続させる方法として、金属の接続端子同士を直接接着させるダイレクトボンディング技術の各種方法が近年、提案されている（例えば、特許文献１～３を参照）。ダイレクトボンディング技術による接続方法では、接続端子同士だけでなく、接続端子の周りに配置される絶縁層同士も接着される。絶縁層としては、酸化ケイ素などの無機絶縁材料が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許出願公開第２０２０／０１３５６３６号明細書
【特許文献2】米国特許出願公開第２０２０／０１３５６８３号明細書
【特許文献3】米国特許出願公開第２０２０／０１３５６８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
絶縁層として無機絶縁材料を用いたダイレクトボンディング技術では、ダイシングなどの工程で生じる切削くず（デブリ）又は表面上の凹凸などの影響で絶縁層同士の接着において不良が生じることがある。また、無機絶縁材料を絶縁層として使用するには、配線形成及びビア形成などで高価な半導体加工プロセスを適用する必要があり、半導体装置の製造コストが高くなる傾向がある。そこで、絶縁層として、無機材料よりも柔らかくて安価な樹脂材料等の有機絶縁材料を用いたダイレクトボンディング技術により、デブリ等を有機樹脂材料中に埋め込んだり、表面の凹凸を加熱成型時に抑制したりすることが考えられている。一方、有機絶縁樹脂材料同士の接着強度が無機絶縁材料同士の接着強度よりも低い場合もあり、製造コストを抑えつつ、有機絶縁層同士の接着強度を高めることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示は、一側面として、積層体の作製方法を提供する。この積層体の作製方法は、第１の熱硬化性樹脂及び第１の無機酸化物粒子を含む第１の有機絶縁層を第１の支持基板上に形成する工程と、第１の有機絶縁層の第１の表面を研磨して平坦化する工程と、研磨された第１の表面を、第２の熱硬化性樹脂及び第２の無機酸化物粒子を含む第２の有機絶縁層の第２の表面に貼り合わせる工程と、を備える。
【0006】
この積層体の作製方法では、第１及び第２の有機絶縁層が熱硬化性樹脂及び無機酸化物粒子を含むようになっており、このような第１及び第２の有機絶縁層同士を貼り合わせて接着している。この場合、第１及び第２の有機絶縁層に含まれる熱硬化性樹脂同士が接着されることに加え、第１及び第２の有機絶縁層に含まれる無機酸化物粒子同士が接合する。これにより、製造コストを抑えつつ、第１の有機絶縁層と第２の有機絶縁層との接着強度をより高めることが可能となる。なお、各有機絶縁層に無機酸化物粒子を含める場合、その表面粗さが粗くなってしまうことがあるが、本作製方法では、貼り合わせる前に少なくとも一方の有機絶縁層を研磨している。これにより、貼り合わせる際の精度及び接着強度は十分に確保される。
【0007】
上記の積層体の作製方法において、第１の有機絶縁層を研磨する工程では、第１の表面の算術平均粗さが５０ｎｍ以下となるように第１の有機絶縁層を研磨してもよい。この場合、第１の有機絶縁層を第２の有機絶縁層に貼り合わせる際の精度及び接着強度をより確実に高めることが可能となる。なお、ここで用いる算術平均粗さは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１ ２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）である。
【0008】
上記の積層体の作製方法において、第１の有機絶縁層の総体積に対する第１の無機酸化物粒子の含有量は１５体積％～７０体積％であってもよい。この場合、第１の有機絶縁層と第２の有機絶縁層との接着強度を更に高めることが可能となる。
【0009】
上記の積層体の作製方法は、第１の有機絶縁層を研削する工程を更に備えてもよく、第１の有機絶縁層を研磨する工程では、第１の有機絶縁層の研削された第１の表面を研磨してもよい。各有機絶縁層に無機酸化物粒子を含める場合、絶縁層を所定の厚さまで研削すると、その表面粗さが粗くなってしまうことがあるが、本作製方法では、貼り合わせる前に研削された表面の少なくとも一方を研磨している。これにより、貼り合わせる際の精度及び接着強度は十分に確保される。
【0010】
上記の積層体の作製方法は、第２の熱硬化性樹脂及び第２の無機酸化物粒子を含む第２の有機絶縁層を第２の支持基板上に形成する工程と、第２の有機絶縁層の第２の表面を研磨して平坦化する工程と、を更に備えてもよい。この作製方法では、貼り合わせる工程では、平坦化された第１表面を、平坦化された第２の表面に貼り合わせる。この場合、第１の有機絶縁層と第２の有機絶縁層との接着強度をより高めることが可能となる。
【0011】
上記の積層体の作製方法において、第２の有機絶縁層を研磨する工程では、第２の表面の算術平均粗さが５０ｎｍ以下となるように第２の有機絶縁層を研磨してもよい。この場合、第２の有機絶縁層を第１の有機絶縁層に貼り合わせる際の精度及び接着強度をより確実に高めることが可能となる。なお、ここで用いる算術平均粗さは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１ ２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）である。
【0012】
上記の積層体の作製方法において、第２の有機絶縁層の総体積に対する第２の無機酸化物粒子の含有量は１５体積％～７０体積％であってもよい。この場合、第１の有機絶縁層と第２の有機絶縁層との接着強度を更に高めることが可能となる。
【0013】
上記の積層体の作製方法は、第２の有機絶縁層を研削する工程を更に備えてもよく、第２の有機絶縁層を研磨する工程では、第２の有機絶縁層の研削された第２の表面を研磨してもよい。各有機絶縁層に無機酸化物粒子を含める場合、絶縁層を所定の厚さまで研削すると、その表面粗さが粗くなってしまうことがあるが、本作製方法では、貼り合わせる前に研削された表面を研磨している。これにより、貼り合わせる際の精度及び接着強度は十分に確保される。
【0014】
上記の積層体の作製方法は、第１の支持基板上に第１の配線電極を形成する工程を更に備えてもよい。この作製方法において、第１の有機絶縁層を形成する工程では、第１の配線電極が第１の熱硬化性樹脂及び第１の無機酸化物粒子を含む第１の有機絶縁材料によって封止されてもよい。これにより、第１の配線電極が第１有機絶縁材料によって保護される。
【0015】
上記の積層体の作製方法において、第１の有機絶縁層を研磨する工程の前に、第１の配線電極の接続端子が第１の有機絶縁層の第１の表面から露出するように第１の有機絶縁層を研削してもよい。これにより、第１の配線電極をより確実に他の配線電極等に接続することができる。
【0016】
上記の積層体の作製方法は、第２の支持基板上に第２の配線電極を形成する工程と、第２の熱硬化性樹脂及び第２の無機酸化物粒子を含む第２有機絶縁材料によって第２の配線電極を封止するように、第２の熱硬化性樹脂及び第２の無機酸化物を含む第２の有機絶縁層を第２の支持基板上に形成する工程と、を更に備えてもよい。この作製方法において、貼り合わせる工程では、第１の有機絶縁層の第１の表面を第２の有機絶縁層の第２の表面に貼り合わせる際に、第１の配線電極の接続端子を第２の配線電極の接続端子に接合してもよい。この場合、第１の接続端子と第２の接続端子とをより確実に接合することができる。
【0017】
上記の積層体の作製方法は、第１の支持基板上に第１の半導体チップを配置する工程を更に備えてもよい。この作製方法において、第１の有機絶縁層を形成する工程では、第１の半導体チップが第１の熱硬化性樹脂及び第１の無機酸化物粒子を含む第１の有機絶縁材料で封止されてもよい。これにより、第１の半導体チップが第１の有機絶縁材料によって保護される。
【0018】
上記の積層体の作製方法において、第１の有機絶縁層を研磨する工程の前に、第１の半導体チップの接続端子が第１の有機絶縁層の第１の表面から露出するように第１の有機絶縁層を研削してもよい。これにより、第１の半導体チップをより確実に他の半導体チップ等に接続することができる。
【0019】
上記の積層体の作製方法は、第２の支持基板上に第２の半導体チップを配置する工程と、第２の熱硬化性樹脂及び第２の無機酸化物粒子を含む第２有機絶縁材料によって第２の半導体チップを封止するように、第２の熱硬化性樹脂及び第２の無機酸化物を含む第２の有機絶縁層を第２の支持基板上に形成する工程と、を更に備えてもよい。この作製方法において、貼り合わせる工程では、第１の有機絶縁層の第１の表面を第２の有機絶縁層の第２の表面に貼り合わせる際に、第１の半導体チップの接続端子を第２の半導体チップの接続端子に接合してもよい。この場合、第１の半導体チップと第２の半導体チップとをより確実に接合することができる。
【0020】
本開示は、別の側面として、積層体を提供する。この積層体は、第１の支持基板と、第１の熱硬化性樹脂の硬化物及び第１の無機酸化物粒子を含み、第１の支持基板上に形成された第１の有機絶縁層と、第２の熱硬化性樹脂の硬化物及び第２の無機酸化物粒子を含み、第１の有機絶縁層に貼り合わされた第２の有機絶縁層と、を備える。
【0021】
この積層体では、第１及び第２の有機絶縁層が熱硬化性樹脂及び無機酸化物粒子を含むようになっており、このような第１及び第２の有機絶縁層同士が貼り合わされて接着している。この場合、第１及び第２の有機絶縁層に含まれる熱硬化性樹脂同士が接着されることに加え、第１及び第２の有機絶縁層に含まれる無機酸化物粒子同士が接合する。これにより、製造コストを抑えつつ、第１の有機絶縁層と第２の有機絶縁層との接着強度を高めた積層体とすることができる。
【0022】
上記の積層体は、第１の支持基板上及び第１の支持基板内の何れかに配置される半導体チップを更に備えてもよい。
【0023】
上記の積層体は、第１の有機絶縁層中に少なくとも一部が配置され、第１の有機絶縁層の第２の有機絶縁層に貼り合わされる第１の表面から接続端子が露出する第１の配線電極であって、半導体チップと接続されている、第１の配線電極と、第２の有機絶縁層中に少なくとも一部が配置され、第２の有機絶縁層の第１の有機絶縁層に貼り合わされる第２の表面から接続端子が露出する第２の配線電極と、を更に備えてもよい。この積層体では、第１の配線電極の接続端子と第２の配線電極の接続端子とが接合されていてもよい。これにより、有機絶縁層によって保護された接続端子同士を接続した積層体を得ることができる。
【0024】
上記の積層体において、半導体チップは、第１の支持基板上であって、第１の有機絶縁層中に少なくとも一部が配置され、半導体チップの接続端子が、第１の有機絶縁層の第２の有機絶縁層に貼り合わされる第１の表面から露出してもよい。
【0025】
上記の積層体において、第１の有機絶縁層の総体積に対する第１の無機酸化物粒子の含有量は１５体積％～７０体積％であってもよい。この場合、第１の有機絶縁層と第２の有機絶縁層との接着強度を更に高めた積層体とすることができる。なお、この積層体において、第２の有機絶縁層の総体積に対する第２の無機酸化物粒子の含有量が１５体積％～７０体積％であってもよい。
【0026】
上記の積層体において、第１の有機絶縁層と第２の有機絶縁層とが貼り合わされる面において、第１の無機酸化物粒子と第２の無機酸化物粒子とが接合していてもよい。これにより、第１の有機絶縁層と第２の有機絶縁層との接続強度をより確実に高めた積層体とすることができる。
【発明の効果】
【0027】
本開示によれば、製造コストを抑えつつ、有機絶縁層同士の接着強度を高めた積層体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、図面を参照しながら本発明に係る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。
【0030】
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。
【0031】
（半導体装置の構成）
図１は、本開示の第１実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図１に示すように、半導体装置１（積層体）は、支持基板２（第１の支持基板）、配線電極３、有機絶縁層４（第１の有機絶縁層）、支持基板５（第２の支持基板）、配線電極６、及び、有機絶縁層７（第２の有機絶縁層）を備えている。
図１は、本開示の第１実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図１に示すように、半導体装置１（積層体）は、支持基板２（第１の支持基板）、配線電極３、有機絶縁層４（第１の有機絶縁層）、支持基板５（第２の支持基板）、配線電極６、及び、有機絶縁層７（第２の有機絶縁層）を備えている。
【0032】
支持基板２及び支持基板５は、特に限定されないが、例えば、シリコン板、ガラス板、ＳＵＳ板、ガラスクロス入り基板、半導体チップ入り封止樹脂基板などであり、高剛性からなる基板である。支持基板２及び支持基板５の少なくとも一方は、半導体チップが内蔵された基板であってもよく、支持基板２及び支持基板５の両方が半導体チップの内蔵基板であってもよい。
【0033】
支持基板２及び支持基板５の厚さは、特に限定されないが、例えば０．２～２．０ｍｍである。支持基板２及び支持基板５が０．２ｍｍ以上であることにより、基板のハンドリング性を向上することができる。また、支持基板２及び支持基板５が２．０ｍｍ以下であることにより、材料費を抑えることができる。支持基板２及び支持基板５は、ウェハ形状であってもよく、パネル形状であってもよい。支持基板２及び支持基板５のサイズは、特に限定されないが、例えば、直径２００ｍｍ、直径３００ｍｍ若しくは直径４５０ｍｍのウェハ、又は、一辺が３００～７００ｍｍの矩形パネルであってもよい。
【0034】
配線電極３は、支持基板２上に形成された微小な電極である。配線電極３は、めっき等により形成される場合には、シード層部分３ａとめっき部分３ｂとを含んで構成されてもよい。配線電極３は、例えば、銅（Ｃｕ）等の導電性材料から形成される。配線電極３は、電極ピンであってもよく、図１では２つの電極ピンのみ示されているが、電極ピンの本数が５００本以上であってもよく、より微細な場合には、電極ピンの本数が１０００～１００００本以上であってもよい。この場合、電極ピンの間隙が１００μｍ以下であってもよく、より微細な場合には、電極ピンの間隙が２０～１００μｍであってもよい。
【0035】
有機絶縁層４は、熱硬化性樹脂の硬化物４ａ（第１の熱硬化性樹脂の硬化物）及び無機酸化物粒子４ｂ（第１の無機酸化物粒子）を含み、支持基板２上に形成された絶縁層である（図８を参照）。有機絶縁層４の厚みは、例えば、１０～３００μｍであってもよい。有機絶縁層４の厚みが１０μｍ以上であることにより、配線電極３の絶縁性を確保すると共に、有機絶縁層４を有機絶縁層７に貼り合わせる際の接着力を確保することが可能となる。また、有機絶縁層４の厚みが３００μｍ以下であることにより、半導体装置１全体の厚みを薄くすることができる。上述した配線電極３は、有機絶縁層４において有機絶縁層７に貼り合わされる側の表面４ｃ（第１の表面）から接続端子３ｃが露出するように、有機絶縁層４内に埋め込まれた状態となり、保護されている。
【0036】
有機絶縁層４に用いられる熱硬化性樹脂は、特に限定されるものではなく、公知の熱硬化性樹脂であってもよく、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、マレイミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和イミド樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、オキセタン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、シリコーン樹脂、トリアジン樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂である。有機絶縁層４に用いられる熱硬化性樹脂は、これらの中でも、エポキシ樹脂であることが好ましい。
【0037】
有機絶縁層４に含まれる無機酸化物粒子は、特に限定されるものでなく、公知の無機酸化物粒子を使用することができ、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、チタニア（ＴｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等である。無機酸化物粒子は、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。一例として、有機絶縁層４に含まれる無機酸化物粒子は、シリカである。
【0038】
有機絶縁層４に含まれる無機酸化物粒子が占める含有量は、有機絶縁層４の総体積に対して、例えば、１５体積％～７０体積％である。無機酸化物粒子の含有量が総体積の１５体積％以上であることにより、有機絶縁層４に含まれる熱硬化性樹脂の硬化物が占める割合を低減して有機絶縁層４の熱膨張係数（ＣＴＥ）を抑え、半導体装置１に熱が加わった際の反りを低減することが可能となる。また、無機酸化物粒子の含有量が総体積の７０％体積以下であることにより、熱硬化性樹脂同士の接着領域を十分に確保して、有機絶縁層４と有機絶縁層７との接着強度を高めることが可能となる。
【0039】
配線電極６は、支持基板５上に形成された微小な電極である。配線電極６は、めっき等により形成される場合には、シード層部分６ａとめっき部分６ｂとを含んで構成されてもよい。配線電極６は、配線電極３と同様に、例えば、銅等の導電性材料から形成される。配線電極６は、配線電極３に対応して設けられた電極であり、配線電極３と同様に、電極ピンであってもよい。図１では、配線電極６として、２つの電極のみ示されているが、電極ピンの本数が５００本以上であってもよく、より微細な場合には、電極ピンの本数が１０００～１００００本以上であってもよい。この場合、電極ピンの間隙が１００μｍ以下であってもよく、より微細な場合には、電極ピンの間隙が２０～１００μｍであってもよい。
【0040】
有機絶縁層７は、熱硬化性樹脂の硬化物７ａ（第２の熱硬化性樹脂の硬化物）及び無機酸化物粒子７ｂ（第２の無機酸化物粒子）を含み、支持基板５上に形成された絶縁層である（図８を参照）。有機絶縁層７の厚みは、有機絶縁層４と同様に、例えば、１０～３００μｍであってもよい。上述した配線電極６は、有機絶縁層７内において有機絶縁層４に貼り合わされる側の表面７ｃ（第２の表面）から接続端子６ｃが露出するように、有機絶縁層７内に埋め込まれた状態となり、保護されている。
【0041】
このような半導体装置１では、配線電極３と配線電極６とは互いに対応するように各有機絶縁層４，７中に設けられており、接続端子３ｃと接続端子６ｃとが接合されている。また、有機絶縁層４，７に含まれる熱硬化性樹脂の硬化物４ａ，７ａ同士も接着されており、且つ、有機絶縁層４，７に含まれる無機酸化物粒子４ｂ，７ｂ同士も接合されている。特に、無機酸化物粒子４ｂ，７ｂ同士は、無機酸化物同士の接合であることから強固な接合となっており、半導体装置１において有機絶縁層４，７同士の接続をより確実なものとしている。
【0042】
（半導体装置の製造方法）
続いて、半導体装置１の製造方法（積層体の作製方法）について、図２～図８を参照して順に説明する。図２の（ａ）～（ｃ）は、図１に示す半導体装置の製造方法を示す図である。図３の（ａ）～（ｃ）は、図１に示す半導体装置の製造方法を示す図であり、図２に続く工程を示す。図４の（ａ）～（ｃ）は、図１に示す半導体装置の製造方法を示す図であり、図３に続く工程を示す。図５は、図４の（ｃ）に示す工程において研磨された後の有機絶縁層の表面を示す平面図である。図６の（ａ）は、図４の（ａ）に示す工程において形成された有機絶縁層を示す断面図であり、図６の（ｂ）は、図４の（ｃ）に示す工程において研磨された後の有機絶縁層を示す断面図である。図７は、図１に示す半導体装置の製造方法を示す図であり、図４に続く工程を示す。図８は、図７に示す工程において有機絶縁層が互いに接続された半導体装置の断面を示す断面図である。説明を容易にするため、図５、図６及び図８では、配線電極の記載を省略している。
続いて、半導体装置１の製造方法（積層体の作製方法）について、図２～図８を参照して順に説明する。図２の（ａ）～（ｃ）は、図１に示す半導体装置の製造方法を示す図である。図３の（ａ）～（ｃ）は、図１に示す半導体装置の製造方法を示す図であり、図２に続く工程を示す。図４の（ａ）～（ｃ）は、図１に示す半導体装置の製造方法を示す図であり、図３に続く工程を示す。図５は、図４の（ｃ）に示す工程において研磨された後の有機絶縁層の表面を示す平面図である。図６の（ａ）は、図４の（ａ）に示す工程において形成された有機絶縁層を示す断面図であり、図６の（ｂ）は、図４の（ｃ）に示す工程において研磨された後の有機絶縁層を示す断面図である。図７は、図１に示す半導体装置の製造方法を示す図であり、図４に続く工程を示す。図８は、図７に示す工程において有機絶縁層が互いに接続された半導体装置の断面を示す断面図である。説明を容易にするため、図５、図６及び図８では、配線電極の記載を省略している。
【0043】
まず、図２の（ａ）に示すように、支持基板２０（第１の支持基板、第２の支持基板）上にシード層２１を形成する。シード層２１は、後述する電解銅めっきを形成する際のシードとなる部分であり、例えばニッケル等から形成されている。支持基板２０は、特に限定されないが、例えば、シリコン板、ガラス板、ＳＵＳ板、ガラスクロス入り基板、半導体チップ入り封止樹脂基板などであり、高剛性の基板である。また、支持基板２０の厚さは、特に限定されないが、例えば０．２～２．０ｍｍである。支持基板２０が０．２ｍｍ以上であることにより、支持基板２０のハンドリング性を向上することができる。また、支持基板２０が２．０ｍｍ以下であることにより、材料費を抑えてコストを低減することができる。支持基板２０は、ウェハ形状であってもよく、パネル形状であってもよい。支持基板２０のサイズは、特に限定されないが、例えば、直径２００ｍｍ、直径３００ｍｍ若しくは直径４５０ｍｍのウェハ、又は、一辺が３００～７００ｍｍの矩形パネルであってもよい。
【0044】
続いて、図２の（ｂ）に示すように、シード層２１上に感光性レジストを塗布してレジスト層２２を形成する。感光性レジストは、公知の材料を適宜用いることができる。その後、図２の（ｃ）に示すように、配線電極に対応する領域にビア２３を形成するため、露光を行う。これにより、シード層２１が露出したビア２３が形成される。
【0045】
続いて、図３の（ａ）に示すように、ビア２３内のシード層２１の上に電解銅めっきにより、配線電極２４（第１の配線電極、第２の配線電極）を形成する。その後、図３の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、レジスト層２２を剥離して除去すると共に、配線電極２４以外の部分のシード層２１をエッチングにより除去する。以上により、支持基板２０上に配線電極２４が形成される。なお、配線電極２４の形成方法はこれに限られず、他の方法で配線電極２４を形成してもよい。このように形成された配線電極２４は、配線パッド、電極パッド、接続バンプ又はピラーなどとして機能させることが可能である。
【0046】
続いて、図４の（ａ）に示すように、熱硬化性樹脂（第１の熱硬化性樹脂、第２の熱硬化性樹脂）及び無機酸化物粒子（第１の無機酸化物粒子、第２の無機酸化物粒子）を含む有機絶縁材料（第１の有機絶縁材料、第２の有機絶縁材料）によって配線電極２４が封止されるように、有機絶縁層２５を支持基板２０上に形成する。この際、配線電極２４は、有機絶縁材料によって完全に覆われる状態となってもよい。この形成の際、熱硬化性樹脂及び無機酸化物粒子を含む有機絶縁層２５を、コンプレッション方式又はトランスファー方式の成形機によって、金型内で形成することで封止してもよい。または、フィルム状に成型した熱硬化性樹脂及び無機酸化物粒子を含む有機絶縁層２５をロール方式又は加圧方式のラミネート成型機によって封止してもよい。この封止形成された支持基板２０をオーブン又はホットプレート等を用いて加熱する。これにより、支持基板２０上に熱硬化性樹脂及び無機酸化物粒子を含む有機絶縁層２５が形成される。この加熱により、有機絶縁層２５の熱硬化性樹脂は、完全に硬化した状態となってもよく、または、完全に硬化していない状態（例えば、半硬化、Ｂステージ）であってもよい。
【0047】
有機絶縁層２５を構成する熱硬化性樹脂及び無機酸化物粒子の材料は、特に限定はされるものではないが、高剛性及び埋込性の観点から、例えば、コンプレッション方式又はトランスファー方式の成形機によって、金型内で形成することができる封止材である。あるいは、有機絶縁層２５を構成する材料は、フィルム状に成型した封止材、ビルドアップ材、又は、ソルダーレジスト材でもよい。その場合、気泡の巻き込み防止の観点から、フィルム状の材料を減圧下で支持基板２０上に積層してもよい。
【0048】
有機絶縁層２５を構成する熱硬化性樹脂は、特に限定されるものではなく、公知の熱硬化性樹脂を使用でき、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、マレイミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和イミド樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、オキセタン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、シリコーン樹脂、トリアジン樹脂、メラミン樹脂等を用いることができる。有機絶縁層２５に用いられる熱硬化性樹脂は、上記の熱硬化性樹脂の中でも、エポキシ樹脂であることが好ましい。
【0049】
熱硬化性樹脂は、熱によって架橋する架橋剤を含有してもよい。特に限定はしないが、公知の架橋剤を使用でき、例えば、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、グアナミン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等を用いてもよく、２種類以上を併用してもよい。
【0050】
また、有機絶縁層２５を構成する無機酸化物粒子は、特に限定されるものではなく、公知の無機酸化物粒子を使用でき、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、チタニア（ＴｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を用いることができる。無機酸化物粒子は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。一例として、有機絶縁層４に含まれる無機酸化物粒子は、シリカである。
【0051】
有機絶縁層２５に含まれる無機酸化物粒子の含有量は、有機絶縁層２５の総体積の例えば１５体積％～７０体積％である。無機酸化物粒子の含有量が総体積の１５体積％以上であることにより、有機絶縁層２５全体の熱膨張率（ＣＴＥ）が高くなることを抑制して、封止工程及び積層工程後の反りを低減することが可能となる。また、無機酸化物粒子の含有量が総体積の７０体積％以下であることにより、後述する貼り合わせ工程において、研磨した基板同士の表面を加熱しながら圧着する際に、熱硬化性樹脂同士の接着面積を確保して、十分な接着強度を得ることができる。
【0052】
また、有機絶縁層２５を構成する熱硬化性樹脂及び無機酸化物粒子の材料は、特に限定されるものではないが、適用する半導体パッケージ構造によって選定されてもよい。例えば、封止材を適用したインターポーザ基板上にメモリを積層する半導体パッケージの場合、上記インターポーザを構成する封止材と、メモリチップを覆うように形成された封止材とを積層する際に、上記製造方法を適用することで封止材同士を積層させる。
【0053】
このような有機絶縁層２５の厚さは、例えば１０～４００μｍである。有機絶縁層２５の厚みが１０μｍ以上であることにより、有機絶縁層２５を他の有機絶縁層に貼り合わせる際の接着力を確保することができる。また、有機絶縁層２５の厚みが４００μｍ以下であることにより、基板全体の反りを小さくして、後の研削工程で、装置に吸着しやすくできる。
【0054】
続いて、図４の（ｂ）に示すように、支持基板２０上に形成した有機絶縁層２５の表面２５ｃを研削して有機絶縁層２５を所定の厚さにする。この研削工程では、熱硬化性樹脂２５ａ及び無機酸化物粒子２５ｂを含む有機絶縁層２５の表面２５ｃをグラインドによって露出させる（図５及び図６を参照）。この研削は、例えば、高速回転する砥石を用いて研削する手法により実施される。この研削工程により、配線電極２４の表面２４ａが有機絶縁層２５Ａの表面２５ｄから露出する。この研削処理が施された熱硬化性樹脂２５ａ及び無機酸化物粒子２５ｂを含む有機絶縁層２５Ａの表面粗さとしては、後の研磨処理での研削ばらつきの観点から、レーザー顕微鏡を用いて倍率２０倍で測定した場合の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下である。図４の（ｂ）では、表面２５ｄがある程度の粗さを有している状態を強調して示している。なお、ここで用いる算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１ ２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）である。
【0055】
続いて、図４の（ｃ）に示すように、熱硬化性樹脂２５ａ及び無機酸化物粒子２５ｂを含む有機絶縁層２５Ａの表面２５ｄを化学的機械研磨（ＣＭＰ）により研磨して平坦化する。この研磨工程では、熱硬化性樹脂２５ａ及び無機酸化物粒子２５ｂを含む有機絶縁層２５Ａの表面２５ｄを平坦化させる。この研磨工程は、たとえば、研磨パッド（研磨布）と、支持基板２０上の被研磨部（有機絶縁層２５Ａ）との間に研磨液を供給しながら、被研磨部を研磨することによって実施される。ＣＭＰ用の研磨液としては、種々のものを用いることができる。ＣＭＰ用の研磨液は、含有する砥粒（研磨粒子）の種類によって分類され、たとえば、砥粒として酸化セリウム（セリア）粒子、酸化ケイ素（シリカ）粒子、酸化アルミニウム（アルミナ）粒子、または有機樹脂粒子などがある。研磨速度の観点から、砥粒としては、例えば、セリア系粒子を適用する。
【0056】
このような研磨により、有機絶縁層２５Ａの表面２５ｄの表面が研磨されて、表面２５ｅの算術平均粗さＲａが５０ｎｍ以下となってもよい。有機絶縁層２５Ａの表面２５ｅの算術平均粗さＲａが５０ｎｍ以下となることにより、有機絶縁層２５Ａ中のフィラーの脱粒及びフィラー表面の研削不足を抑制することができる。また、有機絶縁層２５Ａの表面２５ｅの摩耗などによって有機絶縁層間の接着界面に空隙が生じることを防止し、後述する有機絶縁層同士の接着をより確実なものとすることができる。研磨処理が施された有機絶縁層２５Ａの算術平均粗さＲａは５０ｎｍ以下であればよく、ＣＭＰ以外の方法で研磨または研削してもよい。例えば、フライカット法による研削が適用可能である。また、フライカット法とエッチング等を組み合わせてもよい。
【0057】
また、上述した研削及び研磨工程が行われた有機絶縁層２５Ａの厚さは、例えば、１～３００μｍである。有機絶縁層２５Ａの厚みが１μｍ以上であることにより、埋めこまれた配線および電極を過剰に研削することなく、歩留まりを高めることができる。また、有機絶縁層２５Ａの厚みが３００μｍ以下であることにより、基板全体の反りを抑制して、後述する圧着工程で、接触界面にボイドが生じ、圧着できなくなるといったことを防止できる。
【0058】
図５に、上述した研磨工程が行われた後の有機絶縁層２５Ａの表面２５ｅの平面図の一例を示す。図５に示すように、有機絶縁層２５Ａには、熱硬化性樹脂２５ａと無機酸化物粒子２５ｂとが含まれている。研磨工程において、研磨処理が施された有機絶縁層２５Ａの表面における無機酸化物粒子２５ｂが占める面積の割合は、例えば、総面積の１５％～７５％である。無機酸化物粒子２５ｂが占める面積の割合が、総面積の１５％以上であることにより、有機絶縁層２５Ａの熱膨張率（ＣＴＥ）が高くなることを抑制して、封止構成及び積層工程後の反りを抑えることが可能となる。また、無機酸化物粒子２５ｂが占める面積の割合が、有機絶縁層２５Ａの総面積の７０％以下であることにより、後述する貼り合わせ工程において、研磨した有機絶縁層同士の表面を加熱しながら圧着する際に、熱硬化性樹脂同士の接着面積を確保して、十分な接着強度を得ることが可能となる。
【0059】
なお、図６の（ａ）は、有機絶縁材料を支持基板２０上に形成した際の有機絶縁層２５を示す断面図であり、図６の（ｂ）は、研削及び研磨された後の有機絶縁層２５Ａを示す断面図である。図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、研削及び研磨工程により、有機絶縁層２５の表面２５ｃが削られ且つ研磨され、所望の厚さとすることができる。また、有機絶縁層２５中の無機酸化物粒子も適切に研削及び研磨されている。以上の工程により、表面が研磨された有機基板２６が形成される。なお、このような構成の有機基板２６を例えば一対形成して、以下の工程で示すように貼り合わせを行う。
【0060】
続いて、研磨工程で表面が平坦化された一対の有機基板２６が準備されると、図７に示すように、各有機基板２６の表面２６ａ同士を、圧着により、貼り合わせる。この貼り合わせの際、窒素雰囲気下で圧着させてもよい。この圧着を行う際の酸素濃度を１０００ｐｐｍ以下とすることにより、研磨工程によって露出した有機基板２６の表面２６ａの配線電極、熱硬化性樹脂、および無機酸化物粒子の表面が酸化することを防止でき、これにより、接着不良を低減することが可能となる。
【0061】
この貼り合わせ工程では、平坦化した有機絶縁層２５Ａ同士を圧着する際の加熱温度は、例えば、２００℃～４００℃である。圧着する際の加熱温度が２００℃以上であることにより、樹脂の溶融不足及び配線層同士の接着不良を防止して、有機絶縁層２５Ａ同士の接着強度を高めることができる。また、圧着する際の加熱温度が４００℃以下であることにより、有機絶縁層２５Ａ内の熱硬化性樹脂等が分解してしまうことを防止でき、熱硬化性樹脂同士の接着をより確実なものとすることができる。
【0062】
この貼り合わせ工程では、研磨工程で平坦化した有機絶縁層２５Ａ同士を圧着する際の印加圧力は、例えば、５．０～１００ＭＰａである。印加圧力が５．０ＭＰａ以上であることにより、反りなどの影響があってもＣＭＰで平坦化した有機絶縁層２５Ａ同士を十分に接触させることができ、十分な接着強度を得ることが可能となる。また、印加圧力が１００ＭＰａ以下であることにより、ＣＭＰで平坦化した基板を破損させてしまうといったことを防止できる。
【0063】
この貼り合わせ工程では、圧着後、必要に応じて窒素雰囲気下で追加の加熱を更に行ってもよい。圧着後の加熱温度は、例えば２５０～４００℃であり、圧着後の加熱時間は、例えば３０分～１８０分である。２５０℃以上の温度で加熱することで、埋めこんだ配線電極２４同士を、金属結合によって互いに強固に接合することができる。加熱温度を４００℃以下とすることにより、有機絶縁層２５Ａの樹脂成分が熱によって分解することを防止できる。なお、この追加の加熱又は圧着の際の加熱により、有機絶縁層２５Ａ中の熱硬化性樹脂が完全に硬化することになる。以上により、図１に示す構成の半導体装置１が形成される。
【0064】
なお、上述した貼り合わせ工程で貼り合わせる一対の有機絶縁層２５Ａの熱硬化性樹脂及び無機酸化物粒子を構成する材料は同一であってもよく、同一の場合、有機絶縁層２５Ａを貼り合わせる際の接着強度を容易に高めることができる。一方、上述した貼り合わせ工程で貼り合わせる有機絶縁層２５Ａの熱硬化性樹脂及び無機酸化物粒子を構成する材料は異ならせてもよい。熱硬化性樹脂及び無機酸化物粒子を含む有機絶縁層をＣＭＰで平坦化した有機絶縁層２５Ａの表面同士を接着させる場合、接着させる２つの基板における、熱硬化性樹脂及び無機酸化物粒子を含む有機絶縁層を構成する材料の組み合わせは、特に限定はしないが、適用する半導体パッケージ構造によって選定され得る。例えば、有機絶縁層２５Ａ上に微細配線層を形成する２．１Ｄパッケージ構造、又は、有機絶縁層２５Ａ中に形成したキャビティに埋め込んだブリッジチップを用いて、基板上に搭載した半導体チップ同士を高密度に接続することができる構造を想定した半導体パッケージに適用する場合、有機基板側のソルダーレジスト材またはビルドアップ材と、半導体チップを覆う封止材とを、上記製造方法を適用することで積層させる。
【0065】
以上、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、互いに貼り合わせる各有機絶縁層２５Ａが熱硬化性樹脂２５ａ及び無機酸化物粒子２５ｂを含むようになっており、このような有機絶縁層２５Ａ同士を貼り合わせて接着している。この場合、各有機絶縁層２５Ａに含まれる熱硬化性樹脂２５ａ同士が接着されることに加え、各有機絶縁層２５Ａに含まれる無機酸化物粒子２５ｂ同士が接合する（図８を参照）。これにより、製造コストを抑えつつ、有機絶縁層２５Ａ同士の接着強度をより高めることが可能となる。なお、各有機絶縁層２５Ａに無機酸化物粒子２５ｂを含める場合、絶縁層を所定の厚さまで研削すると、その表面粗さが粗くなってしまうことがあるが、本製造方法では、貼り合わせる前に少なくとも一方の有機絶縁層２５，２５Ａを研磨するようにしている。これにより、貼り合わせる際の精度及び接着強度は十分に確保される。
【0066】
また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、有機絶縁層２５Ａを研磨する工程において、有機絶縁層２５Ａの表面２５ｅの算術平均粗さＲａが５０ｎｍ以下となるように有機絶縁層２５Ａを研磨してもよい。この場合、有機絶縁層２５Ａを対応する別の有機絶縁層２５Ａに貼り合わせる際の精度及び接着強度をより確実に高めることが可能となる。
【0067】
また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、有機絶縁層２５Ａの総体積に対する無機酸化物粒子２５ｂの含有量は１５体積％～７０体積％であってもよい。この場合、有機絶縁層２５Ａ同士の接着強度を更に高めることが可能となる。
【0068】
また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、有機絶縁層２５Ａを形成する工程において、配線電極２４が熱硬化性樹脂２５ａ及び無機酸化物粒子２５ｂを含む有機絶縁材料によって封止されている。これにより、配線電極２４が有機絶縁材料によって保護される。
【0069】
また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、有機絶縁層２５Ａを研削する工程において、配線電極２４の接続端子２４ｃが有機絶縁層２５Ａの表面２５ｄから露出するように有機絶縁層２５Ａを研削している。これにより、配線電極２４をより確実に他の配線電極２４等に接続することができる。
【0070】
（第２実施形態）
次に、図９～図１１を参照して、本開示の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法（積層体の作製方法）、及び、半導体装置（積層体）について説明する。以下の説明では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、第１実施形態と同様又は重複する説明については省略することがある。図９の（ａ）～（ｃ）は、本開示の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図１０は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図であり、図９に続く工程を示す。図１１は、第２実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
次に、図９～図１１を参照して、本開示の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法（積層体の作製方法）、及び、半導体装置（積層体）について説明する。以下の説明では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、第１実施形態と同様又は重複する説明については省略することがある。図９の（ａ）～（ｃ）は、本開示の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図１０は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図であり、図９に続く工程を示す。図１１は、第２実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【0071】
図９の（ａ）に示すように、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法では、支持基板２０上に配線電極２４が設けられた部材において、支持基板２０上における所定の箇所（図の例では配線電極２４の間）に、半導体チップ３０（第１の半導体チップ、第２の半導体チップ）を配置する。より具体的には、半導体チップ３０の接続端子３１が上方に向くように、即ち、支持基板２０とは逆側に向くように、接着剤３２により半導体チップ３０が支持基板２０上に配置される。この際、半導体チップ３０の接続端子３１と、配線電極２４の接続端子２４ｃとの高さが略一致するように配置されていてもよい。
【0072】
続いて、図９の（ｂ）に示すように、熱硬化性樹脂２５ａ及び無機酸化物粒子２５ｂを含む有機絶縁材料によって配線電極２４及び半導体チップ３０が封止されるように、有機絶縁層２５を支持基板２０上に形成する。この際、配線電極２４及び半導体チップ３０は、有機絶縁材料によって完全に覆われる状態となってもよい。有機絶縁層２５は、有機絶縁層２５内に半導体チップ３０の本体及び配線を配置するのに十分は厚さを有していることが好ましい。
【0073】
続いて、図９の（ｃ）に示すように、第１実施形態の研削工程及び研磨工程を行う。研削工程及び研磨工程の各種の条件は第１実施形態と同様のものを用いることができる。但し、第２実施形態では、研削工程の際、配線電極２４の接続端子２４ｃだけでなく、半導体チップ３０の接続端子３１が有機絶縁層２５Ａから外に露出する。この際の有機絶縁層２５Ａの算術平均粗さＲａは、第１実施形態と同様に、５０ｎｍ以下であってもよい。また、研削工程及び研磨処理が施された有機絶縁層２５，２５Ａに含まれる無機酸化物粒子２５ｂの含有量は、第１実施形態と同様に、有機絶縁層２５，２５Ａの総体積の例えば１５体積％～７０体積％である。また、有機絶縁層２５Ａの表面２５ｅにおける無機酸化物粒子２５ｂが占める面積の割合は、第１実施形態と同様に、例えば、総面積の１５％～７５％である。以上により、半導体チップ３０が支持基板２０上に配置された有機基板２７を得ることができる。
【0074】
続いて、研磨工程で表面が平坦化された一対の有機基板２７が準備されると、図１０に示すように、各有機基板２７の表面２７ａ同士を、圧着により、貼り合わせる。この貼り合わせの条件は、第１実施形態と同様のものとすることができる。この貼り合わせの際、第１実施形態と同様に、有機絶縁層２５Ａ同士が接続されると共に、配線電極２４の接続端子２４ｃ同士が接合される。これに加え、第２実施形態に係る製造方法では、更に半導体チップ３０の接続端子３１同士が更に接合される。
【0075】
以上により、図１１に示すように、半導体チップ３０を内蔵する半導体装置１Ａが作製される。半導体装置１Ａは、図１１に示すように、支持基板２Ａ、配線電極３Ａ、有機絶縁層４Ａ、支持基板５Ａ、配線電極６Ａ、有機絶縁層７Ａ、及び、半導体チップ３０を備えている。
【0076】
以上、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第１実施形態と同様に、互いに貼り合わせる各有機絶縁層２５Ａが熱硬化性樹脂２５ａ及び無機酸化物粒子２５ｂを含むようになっており、このような有機絶縁層２５Ａ同士を貼り合わせて接着している。この場合、各有機絶縁層２５Ａに含まれる熱硬化性樹脂２５ａ同士が接着されることに加え、各有機絶縁層２５Ａに含まれる無機酸化物粒子２５ｂ同士が接合する（図８を参照）。これにより、製造コストを抑えつつ、有機絶縁層２５Ａ同士の接着強度をより高めることが可能となる。その他の作用効果についても第１実施形態と同様である。
【0077】
（第３実施形態）
次に、図１２及び図１３を参照して、本開示の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法（積層体の作製方法）、及び、半導体装置（積層体）について説明する。以下の説明では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、第１実施形態と同様又は重複する説明については省略することがある。図１２の（ａ）～（ｃ）は、本開示の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図１３は、第３実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
次に、図１２及び図１３を参照して、本開示の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法（積層体の作製方法）、及び、半導体装置（積層体）について説明する。以下の説明では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、第１実施形態と同様又は重複する説明については省略することがある。図１２の（ａ）～（ｃ）は、本開示の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図１３は、第３実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【0078】
図１２の（ａ）に示すように、第３実施形態に係る半導体装置の製造方法では、熱硬化性樹脂２５ａ及び無機酸化物粒子２５ｂを含む有機絶縁材料によって有機絶縁層２５を支持基板２０上に形成する。
【0079】
続いて、図１２の（ｂ）に示すように、第１実施形態の研削工程及び研磨工程を行う。研削工程及び研磨工程の各種の条件は第１実施形態と同様のものを用いることができる。この際の有機絶縁層２５Ａの算術平均粗さＲａは、第１実施形態と同様に、５０ｎｍ以下であってもよい。また、研削工程及び研磨処理が施された有機絶縁層２５，２５Ａに含まれる無機酸化物粒子２５ｂの含有量は、第１実施形態と同様に、有機絶縁層２５，２５Ａの総体積の例えば１５体積％～７０体積％である。また、有機絶縁層２５Ａの表面２５ｅにおける無機酸化物粒子２５ｂが占める面積の割合は、第１実施形態と同様に、例えば、総面積の１５％～７５％である。以上により、無機酸化物粒子を含む有機絶縁層２５Ａが支持基板２０上に配置された有機基板２８を得ることができる。
【0080】
続いて、研磨工程で表面が平坦化された一対の有機基板２８が準備されると、図１２の（ｃ）に示すように、各有機基板２８の表面２８ａ同士を、圧着により、貼り合わせる。この貼り合わせの条件は、第１実施形態と同様のものとすることができる。
【0081】
以上により、図１３に示すように、半導体装置１Ｂが作製される。半導体装置１Ｂは、図１３に示すように、支持基板２Ｂ、有機絶縁層４Ｂ、支持基板５Ｂ、及び、有機絶縁層７Ｂを備えている。なお、半導体装置１Ｂでは、支持基板２Ｂ及び支持基板５Ｂの少なくとも一方の内部に半導体チップが内蔵されていてもよいし、支持基板２Ｂ及び支持基板５Ｂの少なくとも一方の外側に半導体チップが実装されていてもよい。
【0082】
以上、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第１実施形態と同様に、互いに貼り合わせる各有機絶縁層２５Ａが熱硬化性樹脂２５ａ及び無機酸化物粒子２５ｂを含むようになっており、このような有機絶縁層２５Ａ同士を貼り合わせて接着している。この場合、各有機絶縁層２５Ａに含まれる熱硬化性樹脂２５ａ同士が接着されることに加え、各有機絶縁層２５Ａに含まれる無機酸化物粒子２５ｂ同士が接合する（図８を参照）。これにより、製造コストを抑えつつ、有機絶縁層２５Ａ同士の接着強度をより高めることが可能となる。その他の作用効果についても第１実施形態と同様である。
【0083】
以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を行ってもよい。例えば、第２実施形態では、両方の有機基板２７が半導体チップ３０を備える構成であるが、一方の有機基板２７が半導体チップ３０を備え、他方の有機基板２７が半導体チップ３０を備えない構成であってもよい。また、第１実施形態～第３実施形態の構成を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0084】
１，１Ａ，１Ｂ…半導体装置（積層体）、２，２Ａ，２Ｂ…支持基板（第１の支持基板）、３，３Ａ…配線電極（第１の配線電極）、３ｃ…接続端子、４，４Ａ，４Ｂ…有機絶縁層（第１の有機絶縁層）、４ｃ…表面（第１の表面）、５，５Ａ，５Ｂ…支持基板（第２の支持基板）、６，６Ａ…配線電極（第２の配線電極）、６ｃ…接続端子、７，７Ａ，７Ｂ…有機絶縁層（第２の有機絶縁層）、７ｃ…表面（第２の表面）、２０…支持基板（第１の支持基板、第２の支持基板）、２４…配線電極（第１の配線電極、第２の配線電極）、２４ｃ…接続端子、２５，２５Ａ…有機絶縁層、２５ａ…熱硬化性樹脂（第１の熱硬化性樹脂、第２の熱硬化性樹脂）、２５ｂ…無機酸化物粒子（第１の無機酸化物粒子、第２の無機酸化物粒子）、２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ…表面（第１の表面、第２の表面）、３０…半導体チップ、３１…接続端子。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】