特許 7143182 半導体装置製造方法および半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-16

(45)【発行日】2022-09-28

(54)【発明の名称】半導体装置製造方法および半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20220920BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20220920BHJP

   B32B 37/00 20060101ALI20220920BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 C

H01L21/02 B

H01L21/304 631

B32B37/00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018199007

(22)【出願日】2018-10-23

(65)【公開番号】P2020068250

(43)【公開日】2020-04-30

【審査請求日】2021-08-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000002901

【氏名又は名称】株式会社ダイセル

(74)【代理人】

【識別番号】110002239

【氏名又は名称】弁理士法人Ｇ－ｃｈｅｍｉｃａｌ

(72)【発明者】

【氏名】山川 章

【審査官】小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／０７５４４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０１３８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０８５４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０８３９６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０２－３１２２２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ３２Ｂ ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面および当該第１面とは反対の第２面を有する第１ウエハ、並びに、当該第１ウエハより薄い第２ウエハと、支持基板と、当該第２ウエハおよび支持基板の間の仮接着剤層とを含む積層構造を有する補強第２ウエハを、用意する工程と、
前記第１ウエハにおける前記第１面に接着剤層を介して前記補強第２ウエハにおける前記第２ウエハを接合する工程と、
前記第１ウエハにおける前記第２面上に樹脂層を形成する工程と、
前記支持基板と前記第２ウエハとの間における前記仮接着剤層による仮接着状態を解除して前記支持基板を取り外す工程と、を含み、
前記接着剤層における熱膨張率（α ₁ ）と弾性率（Ｅ ₁ ）と厚さ（ｔ ₁ ）とによって表現される、当該接着剤層がその被着体に作用する応力に係るパラメータσ ₁ （＝α ₁ ×Ｅ ₁ ×ｔ ₁ ）に対する、前記樹脂層における熱膨張率（α ₂ ）と弾性率（Ｅ ₂ ）と厚さ（ｔ ₂ ）とによって表現される、当該樹脂層がその被着体に作用する応力に係るパラメータσ ₂ （＝α ₂ ×Ｅ ₂ ×ｔ ₂ ）の比の値（σ ₂ ／σ ₁ ）は、０.８～１.２である半導体装置製造方法。

【請求項2】

前記第１ウエハより薄い第２ウエハと、支持基板と、当該第２ウエハおよび支持基板の間の仮接着剤層とを含む積層構造を有する補強第２ウエハにおける前記第２ウエハを、前記第１ウエハ上の第２ウエハに接着剤層を介して接合する、少なくとも一つのウエハ追加工程と、
前記ウエハ追加工程ごとに行われる少なくとも一つの、前記第１ウエハの前記第２面側の樹脂層上に追加の樹脂層を形成する工程と、
前記ウエハ追加工程ごとに行われる少なくとも一つの、前記支持基板と前記第２ウエハとの間における前記仮接着剤層による仮接着状態を解除して前記支持基板を取り外す工程と、を更に含み、
前記ウエハ追加工程ごとに追加的に形成される一の接着剤層における熱膨張率（α ₁ ）と弾性率（Ｅ ₁ ）と厚さ（ｔ ₁ ）とによって表現される、当該接着剤層がその被着体に作用する応力に係るパラメータσ ₁ （＝α ₁ ×Ｅ ₁ ×ｔ ₁ ）に対する、当該ウエハ追加工程に応じて行われる樹脂層追加工程で追加的に形成される一の樹脂層における熱膨張率（α ₂ ）と弾性率（Ｅ ₂ ）と厚さ（ｔ ₂ ）とによって表現される、当該樹脂層がその被着体に作用する応力に係るパラメータσ ₂ （＝α ₂ ×Ｅ ₂ ×ｔ ₂ ）の比の値（σ ₂ ／σ ₁ ）は、０.８～１.２である、請求項１に記載の半導体装置製造方法。

【請求項3】

前記第１ウエハにおける前記第２面側に対する研削によって当該第１ウエハを薄化する工程を更に含む、請求項１または２に記載の半導体装置製造方法。

【請求項4】

第１面および当該第１面とは反対の第２面を有する第１ウエハと、
前記第１ウエハの前記第１面側に位置し、且つ、当該第１ウエハより薄い、第２ウエハと、
前記第１および第２ウエハの間に介在している接着剤層と、
前記第１ウエハにおける前記第２面上に密着している樹脂層と、を含む積層構造を有し、
前記接着剤層における熱膨張率（α ₁ ）と弾性率（Ｅ ₁ ）と厚さ（ｔ ₁ ）とによって表現される、当該接着剤層がその被着体に作用する応力に係るパラメータσ ₁ （＝α ₁ ×Ｅ ₁ ×ｔ ₁ ）に対する、前記樹脂層における熱膨張率（α ₂ ）と弾性率（Ｅ ₂ ）と厚さ（ｔ ₂ ）とによって表現される、当該樹脂層がその被着体に作用する応力に係るパラメータσ ₂ （＝α ₂ ×Ｅ ₂ ×ｔ ₂ ）の比の値（σ ₂ ／σ ₁ ）は、０.８～１.２である半導体装置。

【請求項5】

第１面および当該第１面とは反対の第２面を有する第１ウエハと、
それぞれが前記第１ウエハより薄く、且つ、前記第１ウエハの前記第１面側に位置して当該第１ウエハの厚さ方向に並んでいる、複数の第２ウエハと、
それぞれが、隣り合うウエハ間に介在して当該ウエハどうしを接合している、複数の接着剤層と、
前記第１ウエハの厚さ方向に積み重なる、前記接着剤層の総数と同数の樹脂層、を含み、且つ、前記第１ウエハにおける前記第２面上に密着している、多層樹脂部と、を含む積層構造を有し、
前記第１ウエハの前記第１面側からｍ番目（ｍは、１から前記複数の接着剤層の数の間の整数である）の接着剤層における熱膨張率（α ₁ ）と弾性率（Ｅ ₁ ）と厚さ（ｔ ₁ ）とによって表現される、当該接着剤層がその被着体に作用する応力に係るパラメータσ ₁ （＝α ₁ ×Ｅ ₁ ×ｔ ₁ ）に対する、前記第１ウエハの前記第２面側からｎ番目（ｎは、前記ｍと同じ整数である）の樹脂層における熱膨張率（α ₂ ）と弾性率（Ｅ ₂ ）と厚さ（ｔ ₂ ）とによって表現される、当該樹脂層がその被着体に作用する応力に係るパラメータσ ₂ （＝α ₂ ×Ｅ ₂ ×ｔ ₂ ）の比の値（σ ₂ ／σ ₁ ）は、０.８～１.２である半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体デバイスの更なる高密度化を主な目的として、複数の半導体チップないし半導体素子がその厚さ方向に集積された立体的構造を有する半導体デバイスを製造するための技術の開発が進められている。そのような技術の一つとして、いわゆるＷＯＷ（Wafer on Wafer）プロセスが知られている。ＷＯＷプロセスでは、ウエハを他のウエハに対して接着剤層を介して接合して積層する工程と、当該積層ウエハに対するその後の各種の加工工程とを含む一連の工程が、所定の回数、行われる。ウエハ接合工程では、例えば、トランジスタ作製工程、配線形成工程、および薄化工程を経て得られる薄いウエハが、厚いベースウエハに対し、或いは、既にウエハ接合工程を経てベースウエハ上に積層された他の薄いウエハに対し、接着剤層を介して接合されて積層される。所定数のウエハの積層を経て得られるウエハ積層体の、複数の半導体チップが積層された構造を有する半導体デバイスへの個片化は、ウエハ積層体の厚さ方向における複数のウエハに対する一括的な切断によって行われる。このようなＷＯＷプロセスについては、例えば下記の特許文献１～３に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－７３１２８号公報

【文献】特開２０１５－１１９１１１号公報

【文献】特開２０１５－１６４１６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＷＯＷプロセスにおいては、例えば上述のように、厚さの異なるウエハどうしが接着剤層を介して接合されるところ、この接合は、接着剤層を硬化させるための所定の高温条件を経て実現される。また、硬化後の接着剤層の熱膨張率は、ウエハの熱膨張率より大きく、両熱膨張率の差は相当程度に大きい。そのため、ウエハ接合工程を経た後に例えば常温に至ったウエハ積層体においては、ウエハと接着剤層との間の熱膨張率差に起因して反りが生じやすい。具体的には、厚いベースウエハとこれに積層される薄いウエハとの間において所定の高温条件で硬化して当該ウエハ間を接合する接着剤層は例えば、接合工程後の降温過程で両ウエハよりも大きく収縮するところ、例えば常温に至ったウエハ積層体は、当該接着剤層の収縮に対する抵抗がベースウエハより小さな薄いウエハの側に積層体端部が反りやすいのである。この反りの程度は、接着剤層を介して積層されるウエハが薄いほど大きくなる傾向にあり、また、積層される薄いウエハの数が増すほど、累積して大きくなる傾向にある。ウエハ積層体に対する各種の加工工程ごとに、許容される反りの程度には上限があるので、ＷＯＷプロセスによると、積層可能なウエハの数、即ち、製造目的の半導体装置にて多層化可能な半導体素子の総数は、当該上限による制約を受けることとなる。

【0005】

本発明は、以上のような事情のもとで考え出されたものであって、半導体素子の多層化を図るのに適した半導体装置製造方法および半導体装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の側面によると、半導体装置製造方法が提供される。この半導体装置製造方法は、用意工程と、ウエハ接合工程と、樹脂層形成工程と、取外し工程とを含む。用意工程では、第１ウエハおよび補強第２ウエハが用意される。第１ウエハは、第１面、および、当該第１面とは反対の第２面を有する。補強第２ウエハは、第１ウエハより薄い第２ウエハと、補強用の支持基板と、これら第２ウエハおよび支持基板の間の仮接着剤層とを含む積層構造を有する。補強第２ウエハにおける仮接着剤層は、第２ウエハと支持基板との間の、事後的に解除可能な仮の接着状態を、実現するためのものである。ウエハ接合工程では、第１ウエハにおける第１面に接着剤層を介して補強第２ウエハにおける第２ウエハが接合される。この接合は、例えば、接着剤層を硬化させるための所定の高温条件を経て実現される。このようなウエハ接合工程より前に、第１ウエハの第１面、および／または、補強第２ウエハにおける第２ウエハの接合予定面は、形成される接着剤層との密着性の向上のためのシランカップリング剤処理等の表面処理が施されてもよい。ウエハ接合工程より後の樹脂層形成工程では、第１ウエハにおける第２面上に樹脂層が形成される。樹脂層は例えば硬化型の材料よりなり、樹脂層の構成材料としては、例えば、ウエハ接合用の上述の接着剤層を形成するための接着剤と同じ組成の接着剤を用いてもよい。当該樹脂層の形成は、例えば、樹脂層を硬化させるための所定の高温条件を経て実現される。このような樹脂層形成工程より前に、第１ウエハの第２面は、形成される樹脂層との密着性の向上のためのシランカップリング剤処理等の表面処理が施されてもよい。そして、取外し工程では、支持基板と第２ウエハとの間における仮接着剤層による仮接着状態が解除されて支持基板の取外しが行われる。

【0007】

本半導体装置製造方法における上述のウエハ接合工程では、仮接着剤層を介して支持基板が接合された状態にある相対的に薄い第２ウエハが、相対的に厚い第１ウエハに対して接着剤層を介して接合される。このようなウエハ接合工程を経て得られる、第１および第２ウエハを含むウエハ積層体（第２ウエハに接合している支持基板を伴う）においては、例えば常温に降温した場合、硬化した接着剤層の収縮に対する第２ウエハそれ自体の抵抗は、同接着剤層の収縮に対する第１ウエハの抵抗よりも、第２ウエハが第１ウエハより薄いために、小さい。しかしながら、硬化した接着剤層の収縮に対する抵抗について、第２ウエハに接合している支持基板が第２ウエハを補い得る。たとえ、第１および第２ウエハの厚さの差が大きくて、硬化後接着剤層の収縮に対する第２ウエハそれ自体の抵抗が第１ウエハの抵抗よりも相当程度に小さい場合であっても、第２ウエハにおける第１ウエハ接合側とは反対の側に接合している支持基板が、硬化後接着剤層の収縮に対する抵抗について第２ウエハを補うことが可能なのである。したがって、当該ウエハ積層体（第２ウエハに接合している支持基板を伴う）においては、第１および第２ウエハと接着剤層との間の熱膨張率差および両ウエハと接着剤層との非対称的な積層構成に起因する、反りの発生が、抑制される。

【0008】

加えて、本半導体装置製造方法においては、上述のように、第２ウエハから支持基板が分離されて取り外される工程（取外し工程）より前に、第１ウエハにおける第２面上に樹脂層が形成される工程（樹脂層形成工程）が行われる。このような樹脂層形成工程とそれより後の取外し工程とを経て例えば常温下にあるウエハ積層体においては、硬化後の接着剤層の収縮応力が第１ウエハの第１面に作用するとともに、硬化後の樹脂層の収縮応力が第１ウエハの第２面（前記第１面とは反対の第２面）に作用する。そのため、たとえ、第１および第２ウエハの厚さの差が大きくて、硬化後接着剤層の収縮に対する第２ウエハの抵抗が第１ウエハの抵抗よりも相当程度に小さい場合であっても、第１ウエハの第１面に作用する硬化後接着剤層の収縮応力（第１ウエハに対してその端部を第１面側へ変形させるように作用する）を、当該第１ウエハの第２面に作用する硬化後樹脂層の収縮応力でもって減殺ないし相殺することが可能である。したがって、樹脂層形成工程とそれより後の取外し工程とが行われるという上述の構成は、相対的に厚い第１ウエハと、相対的に薄い第２ウエハと、これら第１および第２ウエハの間の接着剤層とを含むウエハ積層体において、取外し工程を経た後の反りの発生を抑制するのに適する。

【0009】

以上のように、本半導体装置製造方法は、製造プロセス中のウエハ積層体において反りの発生を抑制するのに適する。そして、製造プロセス中のウエハ積層体における反りの程度が小さいほど、当該ウエハ積層体に対する各種加工を高精度で実施しやすく、当該ウエハ積層体の多層化、ひいては、製造される半導体装置における半導体素子の多層化を、図りやすい。したがって、本半導体装置製造方法は、半導体素子の多層化を図るのに適する。

【0010】

本半導体装置製造方法は、好ましくは、少なくとも一つのウエハ追加工程と、当該ウエハ追加工程ごとに行われる少なくとも一つの樹脂層追加工程と、ウエハ追加工程ごとに行われる少なくとも一つの取外し工程とを更に含む。ウエハ追加工程では、第１ウエハより薄い第２ウエハと、補強用の支持基板と、当該第２ウエハおよび支持基板の間の仮接着剤層とを含む積層構造を有する補強第２ウエハにおける第２ウエハが、第１ウエハ上の別の第２ウエハに接着剤層を介して接合される。第１ウエハ上の別の第２ウエハとは、上述のウエハ接合工程において第１ウエハの第１面に接合された第２ウエハ、または、先行のウエハ追加工程において第１ウエハ上に追加的に積層された第２ウエハである。補強第２ウエハにおける仮接着剤層は、第２ウエハと支持基板との間の、事後的に解除可能な仮の接着状態を、実現するためのものである。ウエハ追加工程での接合は、例えば、接着剤層を硬化させるための所定の高温条件を経て実現される。このようなウエハ追加工程より前に、第１ウエハ上の第２ウエハの接合予定面、および／または、補強第２ウエハにおける第２ウエハの接合予定面は、形成される接着剤層との密着性の向上のためのシランカップリング剤処理等の表面処理が施されてもよい。ウエハ追加工程より後の樹脂層追加工程では、第１ウエハの第２面側の樹脂層上に追加の樹脂層が形成される。樹脂層は例えば硬化型の材料よりなり、樹脂層の構成材料としては、例えば、ウエハ接合用の上記接着剤層を形成するための接着剤と同じ組成の接着剤を用いてもよい。当該樹脂層の形成は、例えば、樹脂層を硬化させるための所定の高温条件を経て実現される。このような樹脂層追加工程により、第１ウエハの厚さ方向に積み重なる複数の樹脂層を含んで第２面上に密着している多層樹脂部が形成されることとなる。この多層樹脂部に含まれる樹脂層の数は、ウエハ間の接着剤層の合計数と同じである。このような樹脂層追加工程より前に、第１ウエハの第２面側の樹脂層表面は、追加形成される樹脂層との密着性の向上のためのシランカップリング剤処理等の表面処理が施されてもよい。そして、樹脂層追加工程より後の取外し工程では、ウエハ追加工程を経た補強第２ウエハにおける支持基板と第２ウエハとの間における仮接着剤層による仮接着状態が解除されて支持基板の取外しが行われる。

【0011】

本半導体装置製造方法における上述のウエハ追加工程では、相対的に厚い第１ウエハ上に上述のウエハ接合工程または先行のウエハ追加工程にて接着剤層を介して接合された第２ウエハに対して、仮接着剤層を介して支持基板が接合された状態にある相対的に薄い新たな第２ウエハが、新たな接着剤層を介して接合される。このようなウエハ追加工程を経て得られる、第１ウエハおよび複数の第２ウエハを含むウエハ積層体（最も後に積層された第２ウエハに接合している支持基板を伴う）においては、例えば常温に降温した場合、硬化した各接着剤層の収縮に対する各第２ウエハそれ自体の抵抗は、同接着剤層の収縮に対する第１ウエハの抵抗よりも、各第２ウエハが第１ウエハより薄いために、小さい。しかしながら、硬化した各接着剤層の収縮に対する抵抗について、補強第２ウエハにおける支持基板が各第２ウエハを補い得る。たとえ、第１および各第２ウエハの厚さの差が大きくて、硬化後の各接着剤層の収縮に対する各第２ウエハそれ自体の抵抗が第１ウエハの抵抗よりも相当程度に小さい場合であっても、補強第２ウエハにおける支持基板が、硬化後の各接着剤層の収縮に対する抵抗について各第２ウエハを補うことが可能なのである。したがって、各ウエハ追加工程を経て得られるウエハ積層体（最も後に積層された第２ウエハに接合している支持基板を伴う）においては、互いに異なる熱膨張率を示す第１ウエハおよび複数の第２ウエハと複数の接着剤層との所定の非対称的な積層構成に起因する、反りの発生が、抑制される。

【0012】

加えて、本半導体装置製造方法の上述の好ましい構成においては、ウエハ追加工程を経た補強第２ウエハにおける第２ウエハから支持基板が分離されて取り外される工程（取外し工程）より前に、第１ウエハの第２面側の樹脂層上に追加の樹脂層が形成される工程（樹脂層追加工程）が行われる。このような樹脂層追加工程とそれより後の取外し工程とを経て例えば常温下にあるウエハ積層体においては、第１ウエハの第１面側に位置する各接着剤層の収縮応力が直接的または間接的に第１ウエハの第１面に作用するとともに、第１ウエハの第２面に密着している多層樹脂部の各樹脂層の収縮応力が合して第１ウエハの第２面に作用する。そして、製造プロセス中のウエハ積層体が補強第２ウエハの支持基板を伴わない状態において、第１ウエハの第１面側にある接着剤層の総数と、第２面側にある樹脂層の総数とは、同じである。そのため、たとえ、第１および第２ウエハの厚さの差が大きくて、硬化後の各接着剤層の収縮に対する各第２ウエハの抵抗が第１ウエハの抵抗よりも相当程度に小さい場合であっても、第１ウエハの第１面側に作用する各接着剤層の総収縮応力（第１ウエハに対してその端部を第１面側へ変形させるように作用する）を、当該第１ウエハの第２面側に作用する各樹脂層の総収縮応力でもって減殺ないし相殺することが可能である。したがって、ウエハ追加工程ごとに樹脂層追加工程とそれより後の取外し工程とが行われるという上述の構成は、相対的に厚い第１ウエハと、相対的に薄い複数の第２ウエハと、それぞれがウエハ間に介在している複数の接着剤層とを含むウエハ積層体において、取外し工程を経た後の反りの発生を抑制するのに適する。

【0013】

以上のように、本半導体装置製造方法の上述の好ましい構成は、ウエハの多層化が図られる製造プロセス中のウエハ積層体において、反りの発生を抑制するのに適する。ＷＯＷプロセスにおいては、積層されるウエハの数が増すほどウエハ積層体の反りの程度は累積して大きくなる傾向にあるものの、本半導体装置製造方法の上述の好ましい構成は、そのような反りの程度を抑制するのに適するのである。

【0014】

本半導体装置製造方法は、好ましくは、第１ウエハの第２面側に対する研削によって当該第１ウエハを薄化する工程（研削工程）を更に含む。この研削工程により、第１ウエハの第２面上の多層樹脂部を除去したうえで、第１ウエハを所定の厚さにまで薄化することが可能である。

【0015】

本発明の第２の側面によると、半導体装置が提供される。この半導体装置は、第１ウエハと、第２ウエハと、接着剤層と、樹脂層とを含む積層構造を有する。第１ウエハは、第１面、および、当該第１面とは反対の第２面を有する。第２ウエハは、第１ウエハの第１面側に位置し、且つ、第１ウエハより薄い。接着剤層は、第１ウエハと第２ウエハとの間に介在している。接着剤層は、例えば、所定の高温条件を経て硬化されたものである。樹脂層は、第１ウエハにおける第２面上に密着している。樹脂層は、例えば、所定の高温条件を経て硬化されたものである。

【0016】

このような構成の半導体装置においては、例えば常温下にて、第１ウエハの第１面側に位置する接着剤層の収縮応力が第１ウエハの第１面に作用するとともに、第１ウエハの第２面側に位置する樹脂層の収縮応力が第１ウエハの第２面に作用する。そのため、本半導体装置においては、たとえ、第１および第２ウエハの厚さの差が大きくて、接着剤層の収縮に対する第２ウエハの抵抗が第１ウエハの抵抗よりも相当程度に小さい場合であっても、第１ウエハの第１面に作用する接着剤層の収縮応力（第１ウエハに対してその端部を第１面側へ変形させるように作用する）を、当該第１ウエハの第２面に作用する樹脂層の収縮応力でもって減殺ないし相殺することが可能である。したがって、本半導体装置は、反りの発生を抑制するのに適する。反りの発生を抑制するのに適した本半導体装置は、例えば更なる加工を要する場合に当該加工を高精度で実施しやすく、半導体素子の多層化された半導体装置として適切に製造しやすい。したがって、本半導体装置は、半導体素子の多層化を図るのに適する。

【0017】

本発明の第３の側面によると、半導体装置が提供される。この半導体装置は、第１ウエハと、複数の第２ウエハと、複数の接着剤層と、多層樹脂部とを含む積層構造を有する。第１ウエハは、第１面、および、当該第１面とは反対の第２面を有する。複数の第２ウエハは、それぞれが第１ウエハより薄く、且つ、第１ウエハの第１面側に位置して当該第１ウエハの厚さ方向に並んでいる。複数の接着剤層のそれぞれは、隣り合うウエハ間に介在して当該ウエハどうしを接合している。各接着剤層は、例えば、所定の高温条件を経て硬化されたものである。多層樹脂部は、第１ウエハの厚さ方向に積み重なる複数の樹脂層を含み、且つ、第１ウエハにおける第２面上に密着している。多層樹脂部の各樹脂層は、例えば、所定の高温条件を経て硬化されたものである。このような多層樹脂部に含まれる樹脂層の数は、それぞれがウエハ間に介在する接着剤層の合計数と同じである。

【0018】

このような構成の半導体装置においては、例えば常温下にて、第１ウエハの第１面側に位置する各接着剤層の収縮応力が直接的または間接的に第１ウエハの第１面に作用するとともに、第１ウエハの第２面側に位置する多層樹脂部の収縮応力が第１ウエハの第２面に作用する。そして、本半導体装置において、第１ウエハの第１面側にある接着剤層の総数と、第２面側にある多層樹脂部に含まれる樹脂層の総数とは、同じである。そのため、本半導体装置においては、たとえ、第１および第２ウエハの厚さの差が大きくて、各接着剤層の収縮に対する各第２ウエハの抵抗が第１ウエハの抵抗よりも相当程度に小さい場合であっても、第１ウエハの第１面に作用する各接着剤層の総収縮応力（第１ウエハに対してその端部を第１面側へ変形させるように作用する）を、当該第１ウエハの第２面に作用する多層樹脂部の総収縮応力でもって減殺ないし相殺することが可能である。したがって、本半導体装置は、反りの発生を抑制するのに適する。ＷＯＷプロセスにおいては、積層されるウエハの数が増すほどウエハ積層体の反りの程度は累積して大きくなる傾向にあるものの、本半導体装置は、そのような反りの程度を抑制するのに適するのである。反りの発生を抑制するのに適した本半導体装置は、例えば更なる加工を要する場合に当該加工を高精度で実施しやすく、半導体素子の多層化された半導体装置として適切に製造しやすい。したがって、本半導体装置は、半導体素子の多層化を図るのに適する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。

【図2】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。

【図3】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。

【図4】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。

【図5】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。

【図6】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。

【図7】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。

【図8】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。

【図9】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１から図９は、本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法を表す。この製造方法は、半導体素子がその厚さ方向に集積された立体的構造を有する半導体装置を製造するための方法であり、図１から図９は製造過程を部分断面図で表すものである。

【0021】

本半導体装置製造方法においては、まず、図１（ａ）に示すように、ウエハ１１および補強ウエハ１２Ｒが用意される（用意工程）。

【0022】

ウエハ１１は、面１１ａ、および、これとは反対の面１１ｂを有する。ウエハ１１は、面１１ａの側に各種の半導体素子（図示略）が既に作り込まれ且つ当該半導体素子に必要な配線構造等（図示略）が面１１ａ上に既に形成されている、半導体ウエハである。ウエハ１１をなすための半導体ウエハの構成材料としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、およびインジウムリン（ＩｎＰ）が挙げられる。このようなウエハ１１の厚さは、製造プロセス中の当該ウエハ１１を含むウエハ積層体の強度を確保するという観点からは、好ましくは３００μｍ以上、より好ましくは５００μｍ以上、より好ましくは７００μｍ以上である。後述の研削工程における研削時間の短縮化の観点からは、ウエハ１１の厚さは、好ましくは１０００μｍ以下、より好ましくは９００μｍ以下、より好ましくは８００μｍ以下である。

【0023】

補強ウエハ１２Ｒは、ウエハ１２と、支持基板Ｓと、これらウエハ１２および支持基板Ｓの間の仮接着剤層１３とを含む積層構造を有する。

【0024】

ウエハ１２は、面１２ａ、および、これとは反対の面１２ｂを有する。ウエハ１２は、面１２ａの側に各種の半導体素子（図示略）が既に作り込まれ且つ当該半導体素子に必要な配線構造等（図示略）が面１２ａ上に既に形成されている、半導体ウエハである。或いは、ウエハ１２は、面１２ａの側に各種の半導体素子（図示略）が既に作り込まれたものであって、当該半導体素子に必要な配線構造等が面１２ａ上に後に形成されるものであってもよい。ウエハ１２をなすための半導体ウエハの構成材料としては、例えば、ウエハ１１をなすための半導体ウエハの構成材料として上掲したものを採用することができる。また、ウエハ１２は、上述のウエハ１１よりも薄い。ウエハ１２の厚さは、製造される半導体装置の薄型化や小型化の観点からは、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である。作り込まれる半導体素子の特性を確保するという観点からは、ウエハ１２の厚さは、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは２μｍ以上、より好ましくは２.５μｍ以上である。

【0025】

補強ウエハ１２Ｒにおける支持基板Ｓは、薄いウエハ１２を補強するためのものである。支持基板Ｓとしては、例えば、シリコンウエハやガラスウエハが挙げられる。支持基板Ｓの厚さは、補強要素としての機能を確保するという観点からは、好ましくは３００μｍ以上、より好ましくは５００μｍ以上、より好ましくは７００μｍ以上である。支持基板Ｓの厚さは例えば８００μｍ以下である。このような支持基板Ｓは、ウエハ１２の面１２ａの側に仮接着剤層１３を介して接合されている。

【0026】

仮接着剤層１３は、ウエハ１２と支持基板Ｓとの間の、事後的に解除可能な仮の接着状態を、実現するためのものである。このような仮接着剤層１３を形成するための接着剤としては、例えば、所定の温度領域では仮接着剤層１３において粘着性ないし接着性を発現させる高分子材料であって当該温度領域を超える高温域に軟化点を有する高分子材料を含有して、ウエハ１２を形成するための後記の研削加工に耐えうる接着力や、加熱を伴う後記のウエハ接合工程等に耐えうる耐熱性、後記の取外し工程を適切に行うための軽剥離機能を兼ね備える接着剤が、用いられる。仮接着剤層１３形成用の接着剤としては、例えば、シリコーン系粘着剤、アクリル系粘着剤、または、ワックスタイプの接着剤を採用することができる。仮接着剤層１３形成用の接着剤としては、特開２００８－１３５８９号公報、特開２００８－１３５９０号公報、または特開２００８－４９４４３号公報に記載のものを採用してもよい。以上のような仮接着剤層１３の厚さは、例えば１～２０μｍである。

【0027】

このような構成の補強ウエハ１２Ｒは、例えば次のような工程を経て、作製することができる。まず、図２（ａ）に示すように、支持基板Ｓ上に仮接着剤層１３を形成する。具体的には、仮接着剤層１３形成用の接着剤組成物を支持基板Ｓ上に例えばスピンコーティングによって塗布して仮接着剤組成物層を形成し、加熱によって当該組成物層を乾燥させて、仮接着剤層１３を形成することができる。当該加熱の温度は例えば１００～３００℃であり、加熱時間は例えば３０秒～３０分間である。次に、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、支持基板Ｓとウエハ１２’とを仮接着剤層１３を介して接合する。ウエハ１２’は、面１２ａ、および、これとは反対の面１２ｂ’を有する。ウエハ１２’は、面１２ａの側に各種の半導体素子（図示略）が既に作り込まれ且つ当該半導体素子に必要な配線構造等（図示略）が面１２ａ上に既に形成されている、半導体ウエハである。本接合工程では、例えば、支持基板Ｓとウエハ１２’とを仮接着剤層１３を介して加圧しつつ貼り合わせた後、加熱を経て仮接着剤層２を固化させ、これら支持基板Ｓとウエハ１２’とを仮接着剤層２によって接着させる。貼り合わせにおいて、加圧力は例えば３００～５０００ｇ／ｃｍ²であり、温度は例えば３０～２００℃である。また、仮接着剤層１３による接着において、加熱温度は例えば１００～３００℃であり、加熱時間は例えば３０秒～３０分間である。そして、ウエハ１２’を薄化して、図２（ｄ）に示すように上述のウエハ１２を形成する。具体的には、支持基板Ｓに支持された状態にあるウエハ１２’に対してその面１２ｂ’の側からグラインド装置を使用して研削加工を行うことによって、ウエハ１２’を所定の厚さに至るまで薄化し、ウエハ１２を形成することができる。以上のようにして、ウエハ１２と、支持基板Ｓと、これらの間の仮接着剤層１３とを含む積層構造の補強ウエハ１２Ｒを作製することができる。補強ウエハ１２Ｒにおけるウエハ１２の面１２ｂは、後記の接着剤層２１との密着性の向上のためのシランカップリング剤処理等の表面処理が施されてもよい。

【0028】

本半導体装置製造方法においては、次に、例えばウエハ１１の面１１ａ上に、図１（ｂ）に示すように接着剤層２１が形成された後、図１（ｃ）に示すように、当該ウエハ１１と補強ウエハ１２Ｒのウエハ１２とが接着剤層２１を介して接合される（ウエハ接合工程）。

【0029】

接着剤層２１は、ウエハ１１,１２間の接合状態を実現するためのものであり、熱硬化型接着剤よりなる。当該熱硬化型接着剤をなすための粘着剤主成分としては、例えば、ポリオルガノシルセスキオキサン、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂、およびノボラック系エポキシ樹脂が挙げられる。各種加熱条件や温度変動を含む本方法における温度環境に耐えうる良好な耐熱性や耐クラック性を実現するという観点からは、接着剤層２１の形成には、ポリオルガノシルセスキオキサン含有熱硬化型接着剤を採用するのが好ましい。ポリオルガノシルセスキオキサン含有熱硬化型接着剤としては、例えば国際公開第２０１６／２０４１１４号に記載の接着剤を採用することができる。また、接着剤層２１をなすための熱硬化型接着剤の耐熱性に関し、当該接着剤の熱分解温度は、好ましくは２００℃以上、より好ましくは２６０℃以上、より好ましくは３００℃以上である。熱分解温度は、示差熱熱重量同時測定装置を使用して行う熱重量分析によって得られる曲線、即ち、分析対象である試料についての所定昇温範囲での熱重量の温度依存性を表す曲線における、昇温過程初期の重量減少のない或いは一定割合でわずかに漸減している部分の接線と、昇温過程初期に続く昇温過程中期の有意な重量減少が生じている部分内にある変曲点での接線との交点が示す温度とする。示差熱熱重量同時測定装置としては、例えば、セイコーインスツル株式会社製の商品名「ＴＧ－ＤＴＡ６３００」を使用することができる。このような接着剤層２１の形成においては、例えば、接着剤層２１形成用の接着剤組成物をウエハ１１の面１１ａにスピンコーティングによって塗布して接着剤組成物層を形成し、加熱によって当該組成物層を乾燥させて固化させる。このときの加熱温度は例えば５０～１５０℃であり、加熱時間は例えば５～１２０分間である。このような接着剤層２１の形成より前に、ウエハ１１の面１１ａは、接着剤層２１との密着性の向上のためのシランカップリング剤処理等の表面処理が施されてもよい。また、本実施形態では、ウエハ１１の面１１ａ上に接着剤層２１を形成するのに代えて、ウエハ１２の面１２ｂ上に接着剤層２１を形成してもよい。

【0030】

ウエハ接合工程においては、具体的には、ウエハ１１と、補強ウエハ１２Ｒないしウエハ１２とを、接着剤層２１を介して加圧しつつ貼り合せた後、加熱によって接着剤層２１を硬化させる。貼り合わせにおいて、加圧力は例えば３００～５０００ｇ／ｃｍ²であり、温度は例えば３０～２００℃である。接着剤層２１の硬化において、加熱温度は例えば３０～２００℃であり、加熱時間は例えば５～１２０分間である。また、接着剤層２１の厚さは、例えば０.５～２０μｍである。

【0031】

本半導体装置製造方法においては、次に、図１（ｄ）に示すように樹脂層３１が形成される（樹脂層形成工程）。樹脂層３１は例えば硬化型の材料よりなり、樹脂層３１の構成材料としては、例えば、上述の接着剤層２１を形成するための接着剤と同じ組成の熱硬化型接着剤を採用することができる。樹脂層３１の形成においては、例えば、樹脂層３１形成用の接着剤組成物をウエハ１１の面１１ｂにスピンコーティングによって塗布して接着剤組成物層を形成し、加熱によって当該組成物層を乾燥させ且つ当該組成物中の硬化成分を硬化させる。このときの加熱温度は例えば３０～２００℃であり、加熱時間は例えば５～１２０分間である。このような樹脂層３１の形成より前に、ウエハ１１の面１１ｂは、樹脂層３１との密着性の向上のためのシランカップリング剤処理等の表面処理が施されてもよい。

【0032】

次に、ウエハ１２と支持基板Ｓとの間における仮接着剤層１３による仮接着状態が解除されて、図３に示すように、ウエハ１２から支持基板Ｓが取り外される（取外し工程）。具体的には、所定の高温加熱によって接着力の低下する上述の仮接着剤層１３に対して軽剥離化用の当該加熱を行った後、ウエハ１２に対して支持基板Ｓを例えばスライドさせることによって、ウエハ１２ないしこれを含むウエハ積層体から支持基板Ｓを分離して取り外すことができる。本工程において、加熱温度は例えば１３０～２５０℃であり、加熱時間は例えば３０秒～１５分間である。上述の補強ウエハ１２Ｒにおけるウエハ１２がその面１２ａ側に絶縁膜や配線パターンを含む配線構造等を伴わないものである場合、本取外し工程の後、ウエハ１２の面１２ａ上に配線構造等が形成される。後記の取外し工程の後においても同様である。

【0033】

次に、図４に示すように、取外し工程を経て得られるウエハ積層体において、異なるウエハ（ウエハ１１とウエハ１２）に形成されている半導体素子間の電気的接続のための貫通電極４１が形成される。例えば、ウエハ１２と接着剤層２１とを貫通してウエハ１１上の上記配線構造（図示略）に至る開口部の形成、当該開口部の内壁面への絶縁膜（図示略）の形成、絶縁膜表面へのバリア層（図示略）の形成、バリア層表面への電気めっき用シード層（図示略）の形成、および、電気めっき法による開口部内への銅など導電材料の充填を経るなどして、貫通電極４１を形成することができる。貫通電極４１により、ウエハ１１の面１１ａの側に形成されている配線構造（図示略）と、ウエハ１２の面１２ａの側に形成されている配線構造（図示略）とが、電気的に接続される。

【0034】

本半導体装置製造方法においては、次に、上述のようにして得られるウエハ積層体におけるウエハ１２の面１２ａ上に例えば、図５（ａ）に示すように接着剤層２１が形成された後、図５（ｂ）に示すように、当該ウエハ１２と新たな補強ウエハ１２Ｒのウエハ１２（追加のウエハ１２）とが接着剤層２１を介して接合される（ウエハ追加工程）。

【0035】

ウエハ追加工程における接着剤層２１の形成においては、例えば、接着剤層２１形成用の接着剤組成物をウエハ接合体におけるウエハ１２の面１２ａにスピンコーティングによって塗布して接着剤組成物層を形成し、加熱によって当該組成物層を固化させる。当該加熱の温度は例えば５０～１５０℃であり、加熱時間は例えば５～１２０分間である。このような接着剤層２１の形成より前に、ウエハ接合体におけるウエハ１２の面１２ａは、接着剤層２１との密着性の向上のためのシランカップリング剤処理等の表面処理が施されてもよい。

【0036】

ウエハ追加工程に供される補強ウエハ１２Ｒは、追加のウエハ１２と、支持基板Ｓと、これらの間の仮接着剤層１３とを含む積層構造を有する。この補強ウエハ１２Ｒの構成および作製手法については、ウエハ接合工程に関して上述した補強ウエハ１２Ｒの構成および作製手法と同様である。ウエハ追加工程にて形成される上述の接着剤層２１は、このような補強ウエハ１２Ｒにおける追加のウエハ１２の面１２ｂ上に形成されてもよい。

【0037】

ウエハ追加工程においては、具体的には、ウエハ１２と、新たな補強ウエハ１２Ｒないし追加のウエハ１２とを、接着剤層２１を介して加圧しつつ貼り合せた後、加熱によって接着剤層２１を硬化させる。貼り合わせにおいて、加圧力は例えば３００～５０００ｇ／ｃｍ²であり、温度は例えば３０～２００℃である。接着剤層２１の硬化において、加熱温度は例えば３０～２００℃であり、加熱時間は例えば５～１２０分間である。また、接着剤層２１の厚さは、例えば０.５～２０μｍである。

【0038】

本半導体装置製造方法においては、次に、図５（ｃ）に示すように、追加の樹脂層３１が形成される（樹脂層追加工程）。樹脂層３１は例えば硬化型の材料よりなり、樹脂層３１の構成材料としては、例えば、上述の接着剤層２１を形成するための接着剤と同じ組成の熱硬化型接着剤を採用することができる。樹脂層３１の形成においては、例えば、樹脂層３１形成用の接着剤組成物を、ウエハ１１の面１１ｂ側に既に形成されている樹脂層３１上にスピンコーティングによって塗布して接着剤組成物層を形成し、加熱によって当該組成物層を乾燥させ且つ当該組成物中の硬化成分を硬化させる。このときの加熱温度は例えば３０～２００℃であり、加熱時間は例えば５～１２０分間である。このような追加の樹脂層３１の形成より前に、ウエハ１１の面１１ｂ側に既に形成されている樹脂層３１の表面は、追加の樹脂層３１との密着性の向上のためのシランカップリング剤処理等の表面処理が施されてもよい。以上のような樹脂層追加工程により、ウエハ１１の厚さ方向に積み重なる複数の樹脂層３１を含んで面１１ｂ上に密着している多層樹脂部３０が形成されることとなる。樹脂層追加工程は、ウエハ追加工程ごとに行われるところ、多層樹脂部３０に含まれる樹脂層３１の数は、それぞれがウエハ間に介在する接着剤層２１の合計数と同じである。

【0039】

次に、補強ウエハ１２Ｒにおけるウエハ１２と支持基板Ｓとの間における仮接着剤層１３による仮接着状態が解除されて、図６に示すように、図中最上位のウエハ１２から支持基板Ｓが取り外される（取外し工程）。具体的には、図３を参照して上述した取外し工程と同様にして支持基板Ｓが取り外される。

【0040】

次に、図７に示すように、取外し工程を経て得られるウエハ積層体において、異なるウエハに形成されている半導体素子間の電気的接続のための貫通電極４１が形成される。例えば、追加のウエハ１２とその直下の接着剤層２１とを貫通してウエハ１２上の上記配線構造（図示略）に至る開口部の形成、当該開口部の内壁面への絶縁膜（図示略）の形成、絶縁膜表面へのバリア層（図示略）の形成、バリア層表面への電気めっき用シード層（図示略）の形成、および、電気めっき法による開口部内への銅など導電材料の充填を経るなどして、貫通電極４１を形成することができる。貫通電極４１により、例えば、図中上位の追加のウエハ１２の面１２ａの側に形成されている配線構造（図示略）と、図中下位のウエハ１２の面１２ａの側に形成されている配線構造（図示略）とが、電気的に接続される。

【0041】

本半導体装置製造方法においては、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して上述したウエハ追加工程と、図５（ｃ）を参照して上述した樹脂層追加工程と、図６を参照して上述した取外し工程と、図７を参照して上述した貫通電極形成工程とを含む一連の過程が、製造目的の半導体装置の半導体素子積層数に応じた所定の回数、行われる。樹脂層追加工程およびその後の取外し工程は、ウエハ追加工程ごとに行われる。図８には、当該一連の過程が２回行われて得られるウエハ積層体を一例として表す。

【0042】

本半導体装置製造方法においては、次に、図９に示すように研削工程が行われる。具体的には、ウエハ１１の面１１ｂ側に対する研削加工によって多層樹脂部３０を除去したうえで、ウエハ１１を所定の厚さにまで薄化する。薄化後のウエハ１１の厚さは、例えば５～４００μｍである。この後、最も後に積層されたウエハ１２の面１２ａ側にて外部接続用バンプ（図示略）を形成してもよい。或いは、薄化後のウエハ１１を貫通してウエハ１１の面１１ａ側の配線構造（図示略）と電気的に接続している貫通電極（図示略）を形成し、当該貫通電極と電気的に接続している外部接続用バンプ（図示略）をウエハ１１の面１１ｂ側に形成してもよい。

【0043】

以上のようにして、半導体素子がその厚さ方向に多層化された半導体装置を製造することができる。この半導体装置は、ダイシングして個片化されてもよい。

【0044】

本半導体装置製造方法における、図１（ｂ）および図１（ｃ）を参照して上述したウエハ接合工程では、仮接着剤層１３を介して支持基板Ｓが接合された状態にある相対的に薄いウエハ１２が、相対的に厚いウエハ１１に対して接着剤層２１を介して接合される。このようなウエハ接合工程を経て得られる、ウエハ１１,１２を含むウエハ積層体（ウエハ１２に接合している支持基板Ｓを伴う）においては、例えば常温に降温した場合、硬化した接着剤層２１の収縮に対するウエハ１２それ自体の抵抗は、同接着剤層２１の収縮に対するウエハ１１の抵抗よりも、ウエハ１２がウエハ１１より薄いために、小さい。しかしながら、硬化した接着剤層２１の収縮に対する抵抗について、ウエハ１２に接合している支持基板Ｓがウエハ１２を補い得る。たとえ、両ウエハ１１,１２の厚さの差が大きくて、硬化後の接着剤層２１の収縮に対するウエハ１２それ自体の抵抗がウエハ１１の抵抗よりも相当程度に小さい場合であっても、ウエハ１２におけるウエハ１１接合側とは反対の側に接合している支持基板Ｓが、硬化後の接着剤層２１の収縮に対する抵抗についてウエハ１２を補うことが可能なのである。したがって、ウエハ接合工程を経て得られる当該ウエハ積層体（ウエハ１２に接合している支持基板Ｓを伴う）においては、ウエハ１１,１２と接着剤層２１との間の熱膨張率差およびウエハ１１,１２と接着剤層２１との非対称的な積層構成に起因する、反りの発生が、抑制される。

【0045】

本半導体装置製造方法においては、図３を参照して上述したようにウエハ１２から支持基板Ｓが分離されて取り外される工程（取外し工程）より前に、図１（ｄ）を参照して上述したように、ウエハ１１における面１１ｂ上に樹脂層３１が形成される工程（樹脂層形成工程）が行われる。このような樹脂層形成工程とその後の取外し工程とを経て例えば常温下にあるウエハ積層体においては、硬化後の接着剤層２１の収縮応力がウエハ１１の面１１ａに作用するとともに、硬化後の樹脂層３１の収縮応力がウエハ１１の面１１ｂに作用する。そのため、たとえ、両ウエハ１１,１２の厚さの差が大きくて、硬化後の接着剤層２１の収縮に対するウエハ１２の抵抗がウエハ１１の抵抗よりも相当程度に小さい場合であっても、ウエハ１１の面１１ａに作用する硬化後の接着剤層２１の収縮応力（ウエハ１１に対してその端部を面１１ａ側へ変形させるように作用する）を、当該ウエハ１１の面１１ｂに作用する硬化後の樹脂層３１の収縮応力でもって減殺ないし相殺することが可能である。したがって、樹脂層形成工程とその後の取外し工程とが行われるという上述の構成は、相対的に厚いウエハ１１と、相対的に薄いウエハ１２と、これらウエハ１１,１２間の接着剤層２１とを含むウエハ積層体において、取外し工程を経た後の反りの発生を抑制するのに適する。そして、ウエハ１１の面１１ａに作用する硬化後の接着剤層２１の収縮応力を、ウエハ１１の面１１ｂに作用する硬化後の樹脂層３１の収縮応力でもって相殺ないし充分に減殺するという観点からは、接着剤層２１における熱膨張率（α₁）と弾性率（Ｅ₁）と厚さ（ｔ₁）とによって表現される、接着剤層２１がその被着体に作用する応力に係るパラメータσ₁（＝α₁×Ｅ₁×ｔ₁）に対する、樹脂層３１における熱膨張率（α₂）と弾性率（Ｅ₂）と厚さ（ｔ₂）とによって表現される、樹脂層３１がその被着体に作用する応力に係るパラメータσ₂（＝α₂×Ｅ₂×ｔ₂）の比の値（σ₂／σ₁）は、好ましくは０.８～１.２、より好ましくは０.９～１.１、より好ましくは０.９５～１.０５である。

【0046】

本半導体装置製造方法における、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して上述したウエハ追加工程では、相対的に厚いウエハ１１上にウエハ接合工程または先行のウエハ追加工程にて接着剤層２１を介して接合されたウエハ１２に対して、仮接着剤層１３を介して支持基板Ｓが接合された状態にある相対的に薄い追加のウエハ１２が、新たな接着剤層２１を介して接合される。このようなウエハ追加工程を経て得られる、ウエハ１１および複数のウエハ１２を含むウエハ積層体（最も後に積層されたウエハ１２に接合している支持基板Ｓを伴う）においては、例えば常温に降温した場合、硬化した各接着剤層２１の収縮に対する各ウエハ１２それ自体の抵抗は、同接着剤層２１の収縮に対するウエハ１１の抵抗よりも、各ウエハ１２がウエハ１１より薄いために、小さい。しかしながら、硬化した接着剤層２１の収縮に対する抵抗について、補強ウエハ１２Ｒにおける支持基板Ｓが各ウエハ１２を補い得る。たとえ、ウエハ１１と各ウエハ１２との厚さの差が大きくて、硬化後の各接着剤層２１の収縮に対する各ウエハ１２それ自体の抵抗がウエハ１１の抵抗よりも相当程度に小さい場合であっても、補強ウエハ１２Ｒにおける支持基板Ｓが、硬化後の各接着剤層２１の収縮に対する抵抗について各ウエハ１２を補うことが可能なのである。したがって、各ウエハ追加工程を経て得られるウエハ積層体（最も後に積層されたウエハ１２に接合している支持基板Ｓを伴う）においては、互いに異なる熱膨張率を示すウエハ１１および複数のウエハ１２と複数の接着剤層２１との所定の非対称的な積層構成に起因する、反りの発生が、抑制される。

【0047】

本半導体装置製造方法においては、ウエハ追加工程を経た補強ウエハ１２Ｒにおけるウエハ１２から支持基板Ｓが分離されて取り外される工程（取外し工程）より前に、ウエハ１１の面１１ｂ側の樹脂層３１上に追加の樹脂層３１が形成される工程（樹脂層追加工程）が行われる。このような樹脂層追加工程とその後の取外し工程とを経て例えば常温下にあるウエハ積層体においては、ウエハ１１の面１１ａ側に位置する各接着剤層２１の収縮応力が直接的または間接的にウエハ１１の面１１ａに作用するとともに、ウエハ１１の面１１ｂに密着している多層樹脂部３０の各樹脂層３１の収縮応力が合してウエハ１１の面１１ｂに作用する。そして、製造プロセス中のウエハ積層体が補強ウエハ１２Ｒの支持基板Ｓを伴わない状態において、ウエハ１１の面１１ａ側にある接着剤層２１の総数と、面１１ｂ側にある樹脂層３１の総数とは、同じである。そのため、たとえ、ウエハ１１と各ウエハ１２との厚さの差が大きくて、硬化後の各接着剤層２１の収縮に対する各ウエハ１２の抵抗がウエハ１１の抵抗よりも相当程度に小さい場合であっても、ウエハ１１の面１１ａ側に作用する各接着剤層２１の総収縮応力（ウエハ１１に対してその端部を面１１ａ側へ変形させるように作用する）を、当該ウエハ１１の面１１ｂ側に作用する各樹脂層３１の総収縮応力でもって減殺ないし相殺することが可能である。したがって、ウエハ追加工程ごとに樹脂層追加工程とその後の取外し工程とが行われるという上述の構成は、相対的に厚いウエハ１１と、相対的に薄い複数のウエハ１２と、それぞれがウエハ間に介在している複数の接着剤層２１とを含むウエハ積層体において、取外し工程を経た後の反りの発生を抑制するのに適する。そして、ウエハ１１の面１１ａに作用する各接着剤層２１の総収縮応力を、ウエハ１１の面１１ｂに作用する多層樹脂部３０ないし各樹脂層３１の総収縮応力でもって相殺ないし充分に減殺するという観点からは、ウエハ追加工程ごとに追加的に形成される一の接着剤層２１における熱膨張率（α₁）と弾性率（Ｅ₁）と厚さ（ｔ₁）とによって表現される、当該接着剤層２１がその被着体に作用する応力に係るパラメータσ₁（＝α₁×Ｅ₁×ｔ₁）に対する、当該ウエハ追加工程に応じて行われる樹脂層追加工程で追加的に形成される一の樹脂層３１における熱膨張率（α₂）と弾性率（Ｅ₂）と厚さ（ｔ₂）とによって表現される、当該樹脂層３１がその被着体に作用する応力に係るパラメータσ₂（＝α₂×Ｅ₂×ｔ₂）の比の値（σ₂／σ₁）は、好ましくは０.８～１.２、より好ましくは０.９～１.１、より好ましくは０.９５～１.０５である。

【0048】

以上のように、本半導体装置製造方法は、製造プロセス中のウエハ積層体において反りの発生を抑制するのに適する。ＷＯＷプロセスにおいては、積層されるウエハの数が増すほどウエハ積層体の反りの程度は累積して大きくなる傾向にあるものの、本半導体装置製造方法は、そのような反りの程度を抑制するのに適するのである。そして、製造プロセス中のウエハ積層体における反りの程度が小さいほど、当該ウエハ積層体に対する各種加工（例えば、貫通電極４１を形成するための上記の各種加工）を高精度で実施しやすく、当該ウエハ積層体の多層化、ひいては、製造される半導体装置における半導体素子の多層化を、図りやすい。したがって、本半導体装置製造方法は、半導体素子の多層化を図るのに適する。そして、このような本半導体装置製造方法における上述の樹脂層形成工程を経て得られるウエハ積層体ないし半導体装置は、半導体素子の多層化を図るのに適するものである。

【実施例】

【0049】

〔実施例１〕
〈接着剤組成物の作製〉
後記のようにして得られるエポキシ基含有のポリオルガノシルセスキオキサン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）０.１質量部と、(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、接着剤組成物（接着剤組成物Ｃ）を得た。

【0050】

〈ポリオルガノシルセスキオキサンの合成〉
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および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）を得た。

【0051】

〈ウエハ積層体の作製〉
まず、第１シリコンウエハおよび補強第２シリコンウエハを用意した。第１シリコンウエハは、直径が３００ｍｍであり、厚さが７７５μｍであり、一方の面にシランカップリング剤処理を施したものである。第１シリコンウエハのシランカップリング剤処理においては、第１シリコンウエハの一方の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、および、その後の１２０℃での５分間の加熱を行った。補強第２シリコンウエハは、次のようにして作製した。

【0052】

まず、支持基板たるシリコン基板（直径３００ｍｍ，厚さ７７５μｍ）上に、仮接着剤層形成用の接着剤組成物をスピンコーティングによって塗布して仮接着剤組成物層を形成し、２００℃での２分間の加熱とその後の２３０℃での４分間の加熱とを行って当該組成物層を乾燥させて、仮接着剤層を形成した。仮接着剤層形成用の接着剤組成物は、ジエチレングリコールジビニルエーテル０.２４質量部と、ｐ-ヒドロキシスチレン／スチレン共重合体（商品名「マルカリンカー ＣＳＴ－５０」，ｐ-ヒドロキシスチレンとスチレンとのモル比は５０：５０，重量平均分子量は４４００，軟化点は１５０℃，丸善石油化学株式会社製）５.４質量部と、ポリビニルブチラール樹脂（商品名「エスレック ＫＳ－１」，分子量は２.７×１０⁴，軟化点が２００℃の熱可塑性樹脂，積水化学工業株式会社製）１.８質量部と、ポリカプロラクトン（商品名「プラクセル Ｈ１Ｐ」，重量平均分子量は１００００，軟化点が１００℃の熱可塑性樹脂，株式会社ダイセル製）１.８質量部と、重合促進剤としてのトランス桂皮酸（ｐＫａは４.４４，和光純薬工業株式会社製）０.１８質量部と、界面活性剤としてのフッ素系オリゴマー（商品名「Ｆ－５５４」，ＤＩＣ株式会社製）０.０４５質量部と、溶剤としてのシクロヘキサノン２２質量部とを混合して調製したものである。次に、シリコン基板と第２シリコンウエハ（直径３００ｍｍ，厚さ７７５μｍ）とを仮接着剤層を介して接合した。具体的には、シリコン基板と第２シリコンウエハとを温度１５０℃および加圧力３０００ｇ／ｃｍ²の条件で加圧しつつ仮接着剤層を介して貼り合わせた後、２３０℃での５分間の加熱を経てシリコン基板と第２シリコンウエハとを仮接着剤層を介して接合した。次に、シリコン基板に支持された状態にある第２シリコンウエハに対してグラインド装置（株式会社ディスコ製）を使用して研削加工を行うことによって、第２シリコンウエハを厚さ１０μｍまで薄化した。次に、薄化された第２シリコンウエハの表面（研削加工面）に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）をスピンコーティングによって塗布した後、１２０℃での５分間の加熱を行った（シランカップリング剤処理）。上述の補強第２シリコンウエハは、このようにして作製したものである。

【0053】

ウエハ積層体の作製においては、次に、第１シリコンウエハのシランカップリング剤処理面（第１面）に上記の接着剤組成物Ｃをスピンコーティングによって塗布して接着剤組成物層を形成した後、この組成物層を伴う第１シリコンウエハについて、８０℃で４分間の加熱を行い、続いて１００℃で２分間の加熱を行った。これにより、接着剤組成物層を乾燥させ、第１シリコンウエハの第１面上に厚さ２.５μｍの接着剤層を形成した。次に、当該接着剤層付き第１シリコンウエハと、上述の補強ウエハにおける薄化ウエハとを、第１シリコンウエハ上の接着剤層を介して加圧しつつ貼り合わせた後、１５０℃で３０分間の加熱を行い、続いて１７０℃で３０分間の加熱を行い、これによって当該接着剤層を硬化させて接合した。貼り合わせは、温度５０℃および加圧力３０００ｇ／ｃｍ²の条件で行った。

【0054】

ウエハ積層体の作製においては、次に、第１シリコンウエハにおける、第２シリコンウエハ接合面（第１面）とは反対の側の面（第２面）に樹脂層を形成した。具体的には、まず、第１シリコンウエハの第２面に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）をスピンコーティングによって塗布した後、１２０℃での５分間の加熱を行った（シランカップリング剤処理）。次に、樹脂層形成用の接着剤組成物Ｃを第１シリコンウエハのシランカップリング剤処理面（第２面）にスピンコーティングによって塗布して接着剤組成物層を形成した後、８０℃で４分間の加熱を行い、続いて１００℃で２分間の加熱を行い、接着剤組成物層を乾燥させた。次に、この組成物層を伴う第１シリコンウエハについて、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。これにより、接着剤組成物層を乾燥させ且つ硬化させて、第１シリコンウエハの第２面上に厚さ２.５μｍの樹脂層を形成した。

【0055】

次に、支持基板たるシリコン基板と薄化された第２シリコンウエハとの間における仮接着剤層による仮接着状態を解除して、第２シリコンウエハからシリコン基板を取り外した。具体的には、２３５℃での５分間の加熱処理を経た後、第２シリコンウエハに対してシリコン基板を１ｍｍ／秒の相対速度でスライドさせて、第２シリコンウエハないしこれを含むウエハ積層体からシリコン基板を取り外した。その後、第２シリコンウエハ上の仮接着剤残渣をプロピレングリコールモノメチルエーテルを用いて洗浄除去した。以上のようにして、実施例１のウエハ積層体を作製した。

【0056】

本実施例のウエハ積層体について、形状測定装置（商品名「ＬＴＶ－３０００」，株式会社コベルコ科研製）を使用して、ＳＥＭＩ規格（具体的にはＳＥＭＩ ＭＦ１４５１－０７０７）に定められるＳＯＲＩ（反り量）を測定したところ、９.５μｍであった。本測定においては、測定対象物の自重たわみに関する補正を経て得られる当該測定対象物の表面形状データから最小二乗参照平面が算出され、前記表面形状データにおける当該最小二乗参照平面からの偏差の最大値と最小値との差分に、前記反り量は相当する。

【0057】

〈膜厚測定〉
上記の接着剤組成物Ｃをシリコンウエハ（直径３００ｍｍ，厚さ７７５μｍ）上にスピンコーティングによって塗布して接着剤組成物層を形成した。１回のスピンコーティングに供して使用した接着剤組成物Ｃは２０ｇであり、スピンコーティングに係る回転速度は１２００ｒｐｍとした。そして、基材上の接着剤組成物層に対し、８０℃で４分間の加熱を行い、続いて１００℃で２分間の加熱を行い、接着剤組成物層を乾燥させた。次に、１５０℃で３０分間の加熱を行い、続いて１７０℃で３０分間の加熱を行い、これにより、硬化した塗膜を基材上に形成した。形成された塗膜について、微細形状測定機（商品名「サーフコーダ ＥＴ ４０００Ａ」，株式会社小坂研究所製）を使用して厚さを測定したところ、２.５μｍであった。実施例１の上述のウエハ積層体は、このような硬化塗膜を、第１および第２シリコンウエハを接合する接着剤層として含むのに加えて、第１シリコンウエハの第２面に密着している樹脂層としても含むものである。

【0058】

〈熱膨張率測定〉
上記の接着剤組成物Ｃをシリコンウエハ（直径３００ｍｍ，厚さ７７５μｍ）上にスピンコーティングによって塗布して接着剤組成物層を形成した後、基材上の接着剤組成物層に対し、８０℃で４分間の加熱を行い、続いて１００℃で２分間の加熱を行い、接着剤組成物層を乾燥させた。次に、１５０℃で３０分間の加熱を行い、続いて１７０℃で３０分間の加熱を行い、これにより、硬化した塗膜（厚さ２.５μｍ）を基材上に形成した。この塗膜について、熱膨張率測定装置（商品名「分光エリプソメータ」，ＳＣＩ社製）を使用して測定される２５℃から２５０℃までの膜厚データに基づき、熱膨張率を求めたところ、６８ｐｐｍ／℃であった。

【0059】

〈弾性率測定〉
上記の接着剤組成物Ｃをシリコンウエハ（直径３００ｍｍ，厚さ７７５μｍ）上にスピンコーティングによって塗布して接着剤組成物層を形成した後、８０℃で４分間の加熱を行い、続いて１００℃で２分間の加熱を行い、接着剤組成物層を乾燥させた。次に、基材上の接着剤組成物層に対し、１５０℃で３０分間の加熱を行い、続いて１７０℃で３０分間の加熱を行い、これにより、硬化した塗膜（厚さ２.５μｍ）を基材上に形成した。この塗膜について、微小硬度計（商品名「ＥＮＴ－２１００」，株式会社エリオニクス製）を使用して弾性率を測定したところ、４.９ＧＰａであった。

【0060】

［比較例１］
第１シリコンウエハの第２面上への樹脂層の形成を行わないこと以外は実施例１のウエハ積層体と同様にして、比較例１のウエハ積層体を作製した。本比較例のウエハ積層体について、実施例１のウエハ積層体と同様にして、形状測定装置（商品名「ＬＴＶ－３０００」，株式会社コベルコ科研製）を使用して反り量を測定したところ、４７.４μｍであった。

【0061】

［評価］
実施例１のウエハ積層体では、比較例１のウエハ積層体と比較して、反りが約１／５に低減された。また、実施例１のウエハ積層体において、ウエハ間の接着剤層の厚さ（ｔ₁）は上述のように２.５μｍであり、且つ、上述の熱膨張率測定および弾性率測定の結果から理解できるように当該接着剤層ないし塗膜の熱膨張率（α₁）は６８ｐｐｍ／℃であり且つ弾性率（Ｅ₁）は４.９ＧＰａである。これとともに、実施例１のウエハ積層体において、第１シリコンウエハの第２面上に形成される樹脂層の厚さ（ｔ₂）は上述のように２.５μｍであり、且つ、上述の熱膨張率測定および弾性率測定の結果から理解できるように当該樹脂層ないし塗膜の熱膨張率（α₂）は６８ｐｐｍ／℃であり且つ弾性率（Ｅ₂）は４.９ＧＰａである。すなわち、実施例１のウエハ積層体において、ウエハ間の接着剤層がその被着体に作用する応力に係るパラメータσ₁（＝α₁×Ｅ₁×ｔ₁）に対する、第１シリコンウエハの第２面上の樹脂層がその被着体に作用する応力に係るパラメータσ₂（＝α₂×Ｅ₂×ｔ₂）の比の値（σ₂／σ₁）は、１である。したがって、実施例１のウエハ積層体においては、第１シリコンウエハの第１面に作用する硬化後の接着剤層の収縮応力が、第１シリコンウエハの第２面に作用する硬化後の樹脂層の収縮応力でもって充分に減殺されているのである。

【符号の説明】

【0062】

Ｓ 支持基板
１１ ウエハ（第１ウエハ）
１１ａ 面（第１面）
１１ｂ 面（第２面）
１２Ｒ 補強ウエハ（補強第２ウエハ）
１２ ウエハ（第２ウエハ）
１２ａ 面
１２ｂ 面
１３ 仮接着剤層
２１ 接着剤層
３０ 多層樹脂部
３１ 樹脂層
４１ 貫通電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】