JP6003369B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
近年、スマートフォンやタブレット端末等のユビキタス端末の普及にともない、それらの電子機器に使用する半導体装置(LSI:Large Scale Integration)のより一層の薄型化、軽量化、多機能化、高性能化、低コスト化及び高密度実装化が要求されている。また、それらの電子機器に使用するロジック、メモリ、センサ及び受動部品等のデバイスを、従来よりも高密度且つ低コストで基板に実装できる新しい実装技術も要求されている。
これらの要求に対し、SoC(System on a chip)と呼ばれる技術や、SiP(System in Package)と呼ばれる技術が開発されている。SoCでは、1枚のウエハ上に機能が異なる複数のデバイスを直接形成する。また、SiPでは、機能が異なるデバイスをそれぞれ個別に形成し、インターポーザと呼ばれる基板上にそれらのデバイスを実装して1つのパッケージ(半導体装置)にしている。
しかし、SoCでは、デバイスの微細化が比較的容易であるという利点があるものの、デザインルールや適用プロセスの違い等により、同一ウエハ上に製造できるデバイスが限定されるという問題がある。
一方、SiPでは、個々のデバイスをそれぞれ最適化されたプロセスで製造できるため、集積化するデバイスに対する制約が少ない。しかし、インターポーザと個々のデバイスとの間はボンディングワイヤやバンプなどで接続されることから、高密度化やパッケージの薄型化には限界があるという問題がある。
近年、SoC及びSiPの両方のメリットを同時に実現する新しい集積化技術として、擬似SoCと呼ばれる技術が提案されている。擬似SoCでは、機能が異なるデバイスをそれぞれ個別に製造し、それらのデバイスを樹脂で一体化して擬似的に1枚のウエハとする。そして、既存の微細加工技術を使用して、疑似ウエハ上にデバイス間を電気的に接続する配線を形成する。
以下、複数のデバイスを樹脂で一体化して疑似的に1枚のウエハとしたものを、疑似ウエハと呼ぶ。また、疑似ウエハを用いて形成された半導体チップを、疑似SoCチップと呼ぶ。
擬似SoCでは、集積化するデバイスに対する制約が少なく、低コストで新規の半導体装置(LSI)を開発できる。また、既存の微細加工技術を使用してデバイス間を電気的に接続する配線を形成するため、配線の微細化が容易であり、高集積化が可能である。更に、インターポーザが不要であるため、薄型化が可能である。
特開2004−103955号公報 特開2009−170492号公報 特開2012−15191号公報
疑似SoCチップを備えた半導体装置の製造方法に関し、疑似ウエハの反りを回避でき、半導体装置を歩留まりよく製造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。
開示の技術の一観点によれば、一方の面側から他方の面側に貫通する開口部が設けられた基板の前記開口部の壁面に可溶性膜を付着させる工程と、前記可溶性膜の内側の前記開口部内に複数のデバイスを配置する工程と、前記開口部内に樹脂を注入して、前記基板と前記デバイスとが一体化した疑似ウエハを形成する工程と、前記基板、前記可溶性膜、前記樹脂、及び前記複数のデバイスの上に第1の絶縁層を形成する工程と、前記第1の絶縁層上に前記複数のデバイスと電気的に接続した配線を形成して、前記複数のデバイスと前記配線とを有する疑似SoCチップを得る工程と、前記可溶性膜を水、アルカリ性水溶液又は酸性水溶液により溶解する工程と、前記可溶性膜を溶解する工程の後に、前記疑似SoCチップを前記基板から分離する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
上記一観点に係る半導体装置の製造方法及び疑似ウエハによれば、使用する樹脂の量が少なくてよいので、疑似ウエハの反りが抑制される。また、疑似ウエハの反りが少ないので、疑似ウエハを半導体製造装置に装着する際に位置合わせエラーや装着ミスが発生しにくい。これにより、疑似SoCチップを備えた半導体装置を良好な歩留りで製造することができる。
更に、使用する樹脂の量が少なくてよいので、樹脂の硬化時に蓄積される応力が小さい。従って、ダイシング時に解放される応力も小さくなるため、疑似SoCチップが破損するおそれが少なく、疑似SoCチップを備えた半導体装置の歩留りがより一層向上する。
図1は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法で使用する基板の平面図である。 図2は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その1)である。 図3は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その2)である。 図4は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その3)である。 図5は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その4)である。 図6は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その5)である。 図7は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その1)である。 図8は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その2)である。 図9は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その3)である。 図10は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その4)である。 図11は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その5)である。 図12は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その6)である。 図13(a),(b)は、樹脂膜の形成方法の一例を示す図である。 図14(a)〜(c)は、変形例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
前述したように、疑似SoC技術を使用すると、集積化するデバイスに対する制約が少なく、高性能、高密度且つ薄型の半導体装置の製造が可能である。しかし、疑似SoC技術では、疑似ウエハを樹脂で形成しているため、樹脂の硬化にともなって大きな反りが発生しやすい。
疑似ウエハに大きな反りがあると、疑似ウエハを半導体製造装置(例えば、成膜装置、露光装置及び搬送装置等)に装着する際に装着ミスが起きたり、露光の際にフォーカスが合わない等の問題が発生したり、あるいは半導体製造装置で位置合わせする際に位置合わせエラーが発生したりする。また、ダイシングにより樹脂に蓄積されていた応力が開放されて、疑似ウエハ上の配線が破壊されることもある。
疑似ウエハの反りを矯正するために、疑似ウエハの下に、熱膨張係数が小さくヤング率が高い材料により形成された矯正部材を接合することが提案されている。しかし、この方法では、矯正部材のために半導体装置の薄型化が阻害されるという欠点がある。
また、反りを少なくするために、ヤング率が相互に異なる複数の樹脂層を積層して疑似ウエハを形成することも提案されている。しかし、この方法では、樹脂層の界面で剥離が起こりやすく、信頼性が十分でない。
更に、複数の凹部が設けられた支持体を使用し、各凹部内に半導体チップを装入して封止樹脂で支持体と半導体チップとを一体化した後、封止樹脂上に配線を形成する方法も提案されている。この方法では、配線形成後に支持体を研磨して除去する。しかし、支持体を除去することにより封止樹脂に蓄積されていた応力が開放されて、配線が破壊されるおそれがある。
以下の実施形態では、疑似SoCチップを備えた半導体装置の製造方法に関し、疑似ウエハの反りを回避でき、半導体装置を歩留りよく製造できる半導体装置の製造方法、及びその製造方法で使用する疑似ウエハについて説明する。
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法で使用する基板の平面図、図2〜図6は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、図2〜図6は、図1にI−I線で示す位置における断面図である。
まず、図1,図2(a)のように、一方の面側から他方の面側に貫通する複数の矩形の開口部11aが設けられた基板11を用意する。
基板11は、シリコン、セラミックス、ガラス、又は石英等のように剛性が高い材料により形成されていることが好ましい。本実施形態では、基板11として、直径が6インチ、厚さが650μmのシリコンウエハを使用する。そして、超音波加工等により基板11の所定の箇所を矩形にくり抜いて、開口部11aを形成する。
後述するように、開口部11a内には複数のデバイスを配置する。それらのデバイスを開口部11a内に配置したときに、開口部11aの壁面とデバイスとの間の隙間が例えば2mm〜3mmとなるように、開口部11aの大きさを決定する。
次に、図2(b)のように、基板11の下面側に仮接合フィルム12を接合する。そして、チップボンダー等の装置を使用して、開口部11a内の仮接合フィルム12上にデバイス13a,13bを、電極形成面を下にして配置する。
デバイス13a,13bは、それぞれのデバイス13a,13bに最適化された方法で個別に製造したロジック、メモリ、センサ、又は受動部品等のモジュール化された部品である。本実施形態では、デバイス13a,13bの少なくとも一方が、トランジスタ等の半導体素子が形成された半導体チップであるとする。デバイス13a,13bは、例えば相互に数100μm程度離して配置する。
本実施形態では1つの開口部11a内に2つのデバイス13a,13bを配置しているが、開口部11a内に配置するデバイスの数は限定されない。
次に、開口部11a内に、例えばエポキシ樹脂又はアクリル樹脂等の絶縁性樹脂14を充填する。樹脂14には、例えば粘度を調整するためにフィラー等の添加物を添加してもよい。
本実施形態では仮接合フィルム12によりデバイス13a,13bを固定しているので、樹脂14を充填する際にデバイス13a,13bが位置ずれすることはない。
次に、樹脂14を硬化させる。そして、樹脂14の硬化が完了した後、仮接合フィルム12を剥離する。このようにして、デバイス13a,13bと基板11とが樹脂14により一体化された疑似ウエハ10が形成される。以下の工程では、既存の半導体製造装置を使用して、疑似ウエハ10上に配線層を形成する。
すなわち、図3(a)に示すように、基板11を反転し、デバイス13a,13bの電極形成面を上にする。その後、スパッタリング等の方法により、疑似ウエハ10の上側全面に導電性のシード層15を形成する。
本実施形態では、シード層15を、厚さが20nmのTi(チタン)層と、その上の厚さが100nmのCu(銅)層との2層構造としている。Ti層は、下地とCu層及び後述のピン17との密着性を向上させる効果と、Cuの酸化や拡散を防止する効果とを有する。
次に、図3(b)に示すように、シード層15上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜16を形成する。フォトレジスト膜16の厚さは、例えば8μm程度とする。
その後、所定の露光マスクを介してフォトレジスト膜16を露光した後、例えばTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)により現像処理して、デバイス13a,13bの電極が露出する開口部16aを形成する。
次に、図3(c)に示すように、シード層15を給電層としてCuを例えば3μmの厚さに電解めっきし、開口部16a内の電極上にCuよりなる導電性のピン17を形成する。
次に、図3(d)のように、フォトレジスト膜16を、アセトン等の剥離液を使用して除去する。また、ピン17に覆われていない部分のシード層15をエッチングにより除去して、各ピン17をそれぞれ電気的に分離する。
なお、シード層15のCu層は、例えば硫酸カリウムをエッチング液とするウェットエッチングで除去できる。また、シード層15のTi層は、例えばフッ化アンモニウム水溶液をエッチング液とするウェットエッチングや、CF4とO2との混合ガスを用いたドライエッチングで除去できる。
次に、図3(e)に示すように、疑似ウエハ10の上側全面に感光性フェノール樹脂を例えば4μmの厚さに塗布して、絶縁層18を形成する。その後、200℃〜250℃の温度で熱処理して、絶縁層18を硬化させる。感光性フェノール樹脂に替えて、酸化シリコン等の無機材料により絶縁層18を形成してもよい。後述する他の絶縁層についても同様である。
次に、図4(a)に示すように、化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)等の方法により、ピン17の上面が露出するまで絶縁層18の上部を除去する。
次に、図4(b)に示すように、絶縁層18上に、例えば感光性フェノール樹脂を2μmの厚さに塗布して、絶縁層19を形成する。その後、所定の露光マスクを使用して絶縁層19を露光した後、現像処理を実施して、所定のパターンで溝19aを形成する。これらの溝19aの底部にピン17の上面が露出する。溝19aを形成した後、例えば250℃の温度で熱処理して、絶縁層19を硬化(ポストキュア)させる。
次に、図4(c)に示すように、スパッタリング等の方法により疑似ウエハ10の上側全面にシード層21を形成する。このシード層21は、例えば前述のシード層15と同様に、Ti層とCu層との2層構造とする。
その後、図4(d)に示すように、シード層21を給電層としてCuを例えば3μmの厚さに電解めっきし、シード層21上にCu層22を形成する。この電解めっきにより、溝19aがCuで埋められる。
その後、例えば120℃〜200℃の温度で1分間〜10分間熱処理を実施してCu層22のCuグレインを成長させ、膜質を安定化させる。本実施形態では、150℃の温度で2分間熱処理するものとする。このめっき後の熱処理は酸素濃度が低い雰囲気中で行うことが好ましいが、大気中で実施してもよい。また、Cu層22の厚さが3μm程度であれば、室温(20℃〜25℃)で24時間程度放置することで、Cuグレインが成長して膜質が安定する。
次に、図4(e)に示すように、絶縁層19が露出するまでCu層22及びシード層21を化学機械研磨する。これにより、溝19a内に残ったCuが配線23となる。
次に、図5(a)に示すように、疑似ウエハ10の上側全面に、感光性フェノール樹脂を例えば厚さが5μmの厚さに塗布して、絶縁層24を形成する。そして、所定の露光マスクを介して絶縁層24を露光し、現像処理を実施して、配線23の所定部分が露出する開口部24aを形成する。その後、例えば250℃の温度で熱処理して、絶縁層24を硬化(ポストキュア)させる。
次に、図5(b)に示すように、スパッタリング等の方法により疑似ウエハ10の上側全面にシード層25を形成する。このシード層25も、例えば前述のシード層15と同様に、Ti層とCu層との2層構造とする。
次に、図5(c)に示すように、シード層25の上にフォトレジストを例えば4μmの厚さに塗布して、フォトレジスト膜26を形成する。その後、所定の露光マスクを介してフォトレジスト膜26を露光し、現像処理を実施して、絶縁層24の溝24aに対応する位置に、シード層25が露出する開口部26aを形成する。
次に、図5(d)に示すように、シード層25を給電層として開口部26a内のシード層25の上に、Cuを例えば3μmの厚さに電解めっきする。これにより、フォトレジスト膜26の開口部26a内にCuよりなる配線27が形成される。
次に、図6(a)のように、フォトレジスト膜26をアセトン等の剥離液により除去する。また、配線27に覆われていない部分のシード層25をエッチングにより除去して、各配線27を電気的に分離する。
次に、図6(b)に示す構造を得るまでの工程を説明する。
上述の工程で各配線27を電気的に分離した後、疑似ウエハ10の上側全面に感光性フェノール樹脂を塗布して、絶縁層28を形成する。その後、所定の露光マスクを介して絶縁層28を露光し、現像処理を実施して、配線27の所定部分が露出する開口部を形成する。次いで、例えば250℃の温度で熱処理して、絶縁層28を硬化(ポストキュア)させる。
次に、疑似ウエハ10の上側全面に導電性のシード層(図示せず)を形成した後、シード層の上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜(図示せず)を形成する。そして、所定の露光マスクを介してフォトレジスト膜を露光し、その後現像処理を実施して、所定のパターンで溝を形成する。
その後、シード層を給電層として、フォトレジスト膜の溝内のシード層上にCuを電解めっきする。このようにして、絶縁層28の上に、所定の配線27と電気的に接続する配線29を形成する。
次に、フォトレジスト膜をアセトン等の剥離液により除去した後、配線29に覆われていない部分のシード層をエッチングにより除去する。そして、例えば感光性フェノール樹脂等により、疑似ウエハ10の上側全面に絶縁層30を形成する。
その後、所定の露光マスクを介して絶縁層30を露光した後、現像処理を実施して、配線29の所定部分が露出するコンタクトホール30aを形成する。
このようにして、1枚の疑似ウエハ10を用いて複数の疑似SoCチップ40が同時に形成される。
次に、図6(c)に示すように、例えばレーザダイシングにより、開口部11a毎に樹脂14の部分(図6(c)中に破線矢印で示す部分)を切断して、図6(d)に示すように疑似SoCチップ40を切り出す。その後、疑似SoCチップ40をパッケージに封止する。このようにして、半導体装置が完成する。
なお、疑似SoCチップ40を切り出した後の基板11は、N−メチルピロリドン等に浸漬したり、オゾンによってアッシングしたりすることで開口部11aの壁面に付着している樹脂14を除去でき、再使用が可能となる。基板11を再使用しなくてもよい場合は、ダイヤモンドブレード等を使用して基板11を切断して、疑似SoCチップ40を切り出してもよい。
本実施形態では、上述したように剛性が高い基板11を使用し、その基板11の開口部11a内にデバイス13a,13bを配置した後、開口部11a内に樹脂14を充填して疑似ウエハ10を形成する。このため、疑似ウエハ10に反りが発生しにくく、半導体製造装置(例えば、成膜装置、露光装置及び搬送装置等)で位置合わせする際の位置合わせエラーや、疑似ウエハ10を半導体製造装置に装着する際の装着ミスが回避される。
また、本実施形態では、樹脂14の使用量が少ないため、樹脂14が硬化する際に樹脂14に蓄積される応力が小さい。このため、疑似ウエハ10から疑似SoCチップ40を切り出す際に樹脂14に蓄積された応力が開放されても、疑似ウエハ10上に形成された配線(配線23,29等)が破壊されることはない。
以上の理由により、本実施形態に係る製造方法によれば、疑似SoCチップを用いた半導体装置の製造歩留まりが向上する。
更に、本実施形態によれば、樹脂14の使用量が少なく、基板11を繰り返し使用することができるので、疑似SoCチップを用いた半導体装置の製造コストを低減できるという利点もある。
(第2の実施形態)
図7〜図12は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。本実施形態においても、図1を参照して説明する。図7〜図12は、図1にI−I線の位置における断面図である。
まず、第1の実施形態と同様に、複数の開口部11aが設けられた基板11を用意する(図1参照)。
その後、図7(a)に示すように、開口部11aの壁面を覆う樹脂膜51を形成する。樹脂膜51の厚さは、例えば1μm〜5mm程度とする。また、樹脂膜51は、後述する工程で水又はアルカリ性水溶液に溶解する材料で形成する。
そのような材料には、例えばヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、及びポリビニルピロリドン等の水溶性樹脂がある。
また、メタクリル酸、アクリル酸、又は安息香酸ユニット等を含むカルボン酸含有アルカリ可溶性樹脂や、スチレン−マレイン酸無水物共重合体、フェノール系樹脂、又はヘキサフルオロカルビノール基を含むアルカリ可溶性樹脂等により樹脂膜51を形成してもよい。
本実施形態では、ヒドロキシエチルセルロースにより樹脂膜51を形成するものとする。樹脂膜51は、可溶性膜の一例である。
図13(a),(b)は、樹脂膜51の形成方法の一例を示す図である。例えば、図13(a)に示すように、基板11の開口部11aの内側に、矩形の枠板45を配置する。その後、図13(b)に示すように、開口部11aの壁面と枠板45との間の隙間に、上述した水溶性樹脂又はアルカリ可溶性樹脂51aを注入する。そして、樹脂51aが硬化した後、枠板45を取り外す。これにより、図7(a)のように、開口部11aの壁面を覆う樹脂膜51が得られる。
但し、樹脂膜51の形成方法はこれに限定されるものではない。例えば、開口部11a内に樹脂51aを充填した後、ドリル等により開口部11aの壁面近傍の樹脂51aのみを残し、他の部分の樹脂51aを除去して樹脂膜51を形成してもよい。
また、開口部11a内に樹脂51aを充填した後、フォトリソグラフィ法を用いて所定の部分の樹脂51aを除去することにより、樹脂膜51を形成してもよい。
本実施形態では、前述したように樹脂膜51の厚さを1μm〜5mm程度としている。但し、樹脂膜51の厚さは液体に対する溶解しやすさを考慮して決定すればよく、1μm以下であってもよい。樹脂膜51の厚さを5mm以上としてもよいが、その場合は1枚の疑似ウエハから作製できる疑似SoCチップの数が少なくなる。
次に、図7(b)に示すように、基板11の下側に仮接合フィルム12を接続する。そして、チップボンダー等の装置を使用して、開口部11内の仮接合フィルム12上にデバイス13a,13bを、電極形成面を下にして配置する。
その後、開口部11a内に、例えばエポキシ樹脂又はアクリル樹脂等の絶縁性樹脂14を充填した後、樹脂14を硬化させる。樹脂14の硬化が完了した後、基板11を反転し、仮接合フィルム12を剥離する。
このようにして、図7(c)に示すような、デバイス13a,13bと基板11とが樹脂14により一体化された疑似ウエハ50が形成される。
次に、図7(d)に示すように、擬似ウエハ50の上にポジ型フォトレジストを例えば1μmの厚さに塗布して、絶縁層52を形成する。その後、所定の露光マスクを使用して絶縁層52を露光した後、現像処理を実施して、デバイス13a,13bの電極が露出する開口部52aを形成する。
次に、スパッタリング等の方法により、図7(e)に示すように、疑似ウエハ50の上側全面にシード層53を形成する。本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、シード層53をTi層とCu層との2層構造とする。
次に、図8(a)に示すように、シード層53の上にフォトレジストを例えば8μmの厚さに塗布して、フォトレジスト膜54を形成する。そして、所定の露光マスクを介してフォトレジスト膜54を露光した後、現像処理を実施して、デバイス13a,13bの電極に対応する位置に、シード層53が露出する開口部54aを形成する。
次に、図8(b)に示すように、シード層53を給電層として、開口部54a内のシード層53上にCuを例えば3μmの厚さに電解めっきする。これにより、開口部54aの内側に、デバイス13a,13bの電極に電気的に接続したピン55が形成される。
次に、図8(c)に示すように、フォトレジスト膜54を例えばアセトン等の剥離液により除去する。その後、ピン55に覆われていない部分のシード層53をエッチングにより除去して、各ピン55を電気的に分離する。
次に、図8(d)に示すように、疑似ウエハ50の上側全面に感光性フェノール樹脂を例えば4μmの厚さに塗布して、絶縁層56とする。そして、所定の露光マスクを介して絶縁層56を露光し、現像処理を行って、絶縁層52が露出するスリット56aを形成する。このスリット56aは、樹脂膜51の上方に形成され、上から見たときに擬似SoCチップ形成領域を囲む矩形枠状となる。
次に、図8(e)に示すように、化学機械研磨等の方法により絶縁層56の上部を除去して、ピン55の上面を露出させる。
次に、図9(a)に示すように、絶縁層56上に例えば感光性フェノール樹脂を2μmの厚さに塗布して、絶縁層57を形成する。そして、所定の露光マスクを介して絶縁層57を露光した後、現像処理を実施して、樹脂膜51の上方の絶縁層52が露出するスリット57aを形成するとともに、所定のパターンで溝57bを形成する。
溝57bは後述の配線60を形成するためのものであり、この溝57bによりピン55の上面が露出する。その後、例えば250℃の温度で熱処理して、絶縁層57を硬化(ポストキュア)させる。
次に、スパッタリング等の方法により、図9(b)に示すように、疑似ウエハ50の上側全面にシード層58を形成する。このシード層58も、例えば前述のシード層15と同様に、Ti層とCu層との2層構造とする。
次に、図9(c)に示すように、シード層58を給電層としてCuを例えば3μmの厚さに電解めっきし、シード層58の上にCu層59を形成する。この電解めっきにより、スリット57a及び溝57bがCuで埋められる。
その後、例えば150℃の温度で2分間熱処理を実施し、Cu層59のCuグレインを成長させて、膜質を安定させる。
次に、図9(d)に示すように、絶縁層57が露出するまでCu層59及びシード層58を化学機械研磨する。これにより、溝57bに残ったCuが配線60となる。また、スリット57a内には、シード層58の一部と、Cu層59の一部とが残る。
次に、図10(a)に示すように、疑似ウエハ10の上側全面に例えば感光性フェノール樹脂を5μmの厚さに塗布して、絶縁層61を形成する。そして、所定の露光マスクを介して絶縁層61を露光した後、現像処理を実施して、配線60の所定部分が露出する開口部61aを形成するとともに、スリット57a内のCu層59及びシード層58が露出するスリット61bを形成する。その後、例えば250℃の温度で熱処理して、絶縁層61を硬化(ポストキュア)させる。
次に、図10(b)に示すように、スパッタリング等の方法により疑似ウエハ50の上側全面にシード層62を形成する。このシード層62も、例えば前述のシード層15と同様に、Ti層とCu層との2層構造とする。
次に、図10(c)に示すように、シード層62の上に例えばフォトレジストを4μmの厚さに塗布して、フォトレジスト膜63を形成する。そして、所定の露光マスクを介してフォトレジスト膜63を露光した後、現像処理を実施して、開口部61aに対応する位置に開口部63aを形成するとともに、スリット61bに対応する位置にスリット63bを形成する。
次に、図10(d)に示すように、シード層62を給電層として、開口部62aの内側のシード層62の上にCuを例えば3μmの厚さに電解めっきする。これにより、フォトレジスト膜63の開口部63a内にCuよりなる配線64が形成される。また、スリット63b内にCuが埋め込まれる。
次に、図11(a)に示すように、アセトン等の剥離液によりフォトレジスト膜63を剥離する。そして、配線64に覆われていない部分のシード層62をエッチングにより除去して、絶縁層61の上面を露出させる。なお、フォトレジスト膜63を剥離することにより、絶縁層61のスリット61b内に埋め込まれたCuが露出する。
次に、図11(b)に示すように、疑似ウエハ50の上側全面に例えばフォトレジストを例えば4μmの厚さに塗布して、フォトレジスト膜65を形成する。その後、所定の露光マスクを介してフォトレジスト膜65を露光した後、現像処理を実施して、樹脂膜51の上方にスリット65aを形成する。
その後、図11(c)に示すように、スリット65a内のCuやシード層を、エッチングにより除去する。Cuは、例えば硫酸カリウムをエッチング液とするウェットエッチングで除去できる。また、Ti層は、例えばフッ化アンモニウム水溶液をエッチング液とするウェットエッチングや、CF4とO2との混合ガスを用いたドライエッチングで除去できる。このエッチングによりスリット65aの底部に絶縁層52が露出する。
次に、図12(a)に示す構造を得るまでの工程を説明する。
上述の工程でスリット65a内のCuやシード層をエッチングにより除去した後、フォトレジスト膜65を除去する。その後、疑似ウエハ50の上側全面に例えば感光性フェノール樹脂を塗布して、絶縁層66を形成する。次いで、所定の露光マスクを用いて絶縁層66を露光し、現像処理を実施して、配線64の所定部分が露出する開口部を形成するとともに、樹脂膜51の上方に絶縁層52が露出するスリットを形成する。そして、例えば250℃の温度で熱処理して、絶縁層66を硬化(ポストキュア)させる。
次に、疑似ウエハ50の上側全面に導電性のシード層(図示せず)を形成した後、シード層の上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜(図示せず)を形成する。そして、所定の露光マスクを介してフォトレジスト膜を露光し、その後現像処理を実施して、所定のパターンで溝を形成する。
次に、シード層を給電層としてCuを電解めっきする。このようにして、絶縁層66の上に、Cuよりなり所定の配線64と電気的に接続する配線67を形成する。その後、フォトレジスト膜を除去した後、配線67に覆われていない部分のシード層を除去する。
次に、感光性フェノール樹脂等により、疑似ウエハ50の上側全面に絶縁層68を形成する。その後、所定の露光マスクを介して絶縁層68を露光した後、現像処理を実施して、配線67の所定部分が露出するコンタクトホール68aと、樹脂膜51の上方の絶縁層52が露出するスリット68bとを形成する。
次に、疑似ウエハ50を水に浸漬し、又は疑似ウエハ50に水をスプレーして、図12(b)のように樹脂膜51を溶解除去する。樹脂膜51をアルカリ可溶性樹脂で形成した場合は、TMAH等のアルカリ性水溶液により樹脂膜51を溶解する。これにより、疑似ウエハ50の底面から絶縁層52に到達するスリット51bが形成され、各開口部11a内に疑似SoCチップ70が絶縁層52のみで支持された状態となる。
次に、真空ピンセット等により疑似SoCチップ70を疑似ウエハ50から分離する。図12(c)は、分離後の疑似SoCチップ70を示している。次いで、疑似SoCチップ70をパッケージに封止する。このようにして、半導体装置が完成する。
なお、樹脂膜51を液体に溶解するのではなく、疑似ウエハ50を例えば−65℃に冷却し樹脂膜51を収縮させることによって、疑似ウエハ50から疑似SoCチップ70を分離してもよい。
疑似SoCチップを分離した後の基板11は、N−メチルピロリドン等に浸漬したり、オゾンを用いてアッシングしたりすることで、開口部11aの壁面に付着している樹脂14を除去でき、再使用が可能となる。
本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、剛性が高い基板11を使用し、その基板11の開口部11a内にデバイス13a,13bを配置した後、開口部11a内に樹脂14を充填して疑似ウエハ50を形成する。このため、疑似ウエハ50に反りが発生しにくく、半導体製造装置(例えば、成膜装置、露光装置及び搬送装置等)で位置合わせする際の位置合わせエラーや、疑似ウエハ10を半導体製造装置に装着する際の装着ミスが回避される。
また、本実施形態では、樹脂14の使用量が少ないため、樹脂14が硬化する際に樹脂14に蓄積される応力が小さい。このため、疑似ウエハ50から疑似SoCチップ70を切り出す際に樹脂14に蓄積された応力が開放されても、疑似ウエハ50上に形成された配線が破壊されることはない。
以上の理由により、本実施形態に係る製造方法によれば、疑似SoCチップを用いた半導体装置の製造歩留まりが向上する。
更に、本実施形態によれば、樹脂14の使用量が少なく、基板11を繰り返し使用することができるので、疑似SoCチップを用いた半導体装置の製造コストを低減できるという利点もある。
更に、本実施形態では、レーザダイシングやダイヤモンドブレードを使用することなく、疑似ウエハ50から疑似SoCチップ70を容易に分離することができるという利点もある。
(変形例)
上述の第2の実施形態では、基板11の開口部11aの壁面に水又はアルカリ性水溶液に溶解する樹脂からなる樹脂膜51を形成しているが、図14(a)に示すように、開口部11aの壁面に金属膜81を形成してもよい。
開口部11aの壁面に金属膜81を形成する方法は特に限定されないが、例えば以下の方法を用いることができる。
すなわち、基板11の表裏両面にフォトレジスト膜を塗布した後、超音波加工等により基板11の所定箇所を矩形にくり抜いて開口部11aを形成する。その後、スパッタリング等の方法により、開口部11aの壁面にシード層となるCu層を例えば100nmの厚さに形成する。次いで、フォトレジスト膜の上に付着した金属膜を、フォトレジスト膜ごと除去する。その後、シード層上にCu層を例えば3mmの厚さに電解めっきして、金属膜75とする。
このようにして金属膜75を形成した後、第2の実施形態と同様に、開口部11a内にデバイス13a,13bを配置し、樹脂14で固定して、疑似ウエハとする。そして、第2の実施形態と同様に、疑似ウエハ上に絶縁層及び配線等を形成し、図14(b)に示すような疑似SoCチップ80を作製する。
次いで、例えば硫酸と過酸化水素水の混合溶液、酢酸と過酸化水素水の混合溶液、塩化第2鉄水溶液、又は硫酸カリウム水溶液等のエッチング液を使用して金属膜81を溶解し、図14(c)に示すようにスリット81aを形成する。この場合、疑似SoCチップ80の上側に露出している配線67をレジスト等の皮膜で保護しておくことが好ましい。
その後、真空ピンセット等により疑似SoCチップ80を疑似ウエハ50から分離し、パッケージに封止する。このようにして、半導体装置が完成する。
なお、この変形例では、スリット68b内のCu等を除去した後にスリット81aを形成しているが、スリット81aを形成する際にスリット68b内のCuを除去するようにしてもよい。
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)一方の面側から他方の面側に貫通する開口部が設けられた基板の前記開口部内に複数のデバイスを配置する工程と、
前記開口部内に樹脂を注入して、前記基板と前記デバイスとが一体化した疑似ウエハを形成する工程と、
前記疑似ウエハ上に前記複数のデバイスと電気的に接続した配線を形成して、前記複数のデバイスと前記配線とを有する疑似SoCチップを得る工程と、
前記疑似SoCチップを前記基板から分離する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2)前記基板が、シリコン、セラミックス、ガラス及び石英のいずれかにより形成されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記3)前記開口部内に複数のデバイスを配置する工程の前に、前記開口部の壁面に可溶性膜を付着させる工程を有し、
前記疑似SoCチップを前記基板から分離する工程では前記可溶性膜を水、アルカリ性水溶液又は酸性水溶液により溶解することを特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
(付記4)前記可溶性膜が、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、セルロース、アクリル酸若しくはメタクリル酸を含む樹脂、又はそれらの誘導体により形成されていることを特徴とする付記3に記載の半導体装置の製造方法。
(付記5)前記可溶性膜が、金属により形成されていることを特徴とする付記3に記載の半導体装置の製造方法。
(付記6)前記疑似SoCチップを前記基板から分離する工程では、レーザダイシングを用いることを特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
(付記7)前記疑似SoCチップを前記基板から分離する工程では、真空ピンセットを用いることを特徴とする付記3乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記8)前記疑似SoCチップを前記基板から分離する工程の後に、前記基板に付着している前記樹脂を除去する工程を有することを特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
(付記9)一方の面側から他方の面側に貫通する開口部が設けられた基板と、
前記基板の前記開口部内に配置された複数のデバイスと、
前記開口部内に充填されて前記基板と前記複数のデバイスとを一体化する樹脂と
を有することを特徴とする疑似ウエハ。
(付記10)前記開口部の壁面と前記樹脂との間に、水、アルカリ性水溶液又は酸性水溶液により溶解可能な可溶性膜が設けられていることを特徴とする付記9に記載の疑似ウエハ。
10,50…疑似ウエハ、11…基板、11a…開口部、12…仮接合フィルム、13a,13b…デバイス、14…樹脂、15,21,25,53,58,62…シード層、16,26,54,63,65…フォトレジスト膜、17,55…ピン、18,19,24,28,30,52,56,57,61,66,68…絶縁層、22,59…Cu層、23,27,29,60,64,67…配線、40,70,80…疑似SoCチップ、45…枠板、51…樹脂膜、81…金属膜。

Claims (5)

  1. 一方の面側から他方の面側に貫通する開口部が設けられた基板の前記開口部の壁面に可溶性膜を付着させる工程と、
    前記可溶性膜の内側の前記開口部内に複数のデバイスを配置する工程と、
    前記開口部内に樹脂を注入して、前記基板と前記デバイスとが一体化した疑似ウエハを形成する工程と、
    前記基板、前記可溶性膜、前記樹脂、及び前記複数のデバイスの上に第1の絶縁層を形成する工程と、
    前記第1の絶縁層上に前記複数のデバイスと電気的に接続した配線を形成して、前記複数のデバイスと前記配線とを有する疑似SoCチップを得る工程と、
    前記可溶性膜を水、アルカリ性水溶液又は酸性水溶液により溶解する工程と、
    前記可溶性膜を溶解する工程の後に、前記疑似SoCチップを前記基板から分離する工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記基板が、シリコン、セラミックス、ガラス及び石英のいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記疑似SoCチップを前記基板から分離する工程の後に、前記基板に付着している前記樹脂を除去する工程を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法
  4. 前記疑似SoCチップを前記基板から分離する工程では、真空ピンセットを用いることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記複数のデバイスと電気的に接続した配線を形成する工程の前に、前記第1の絶縁層の上に第2の絶縁層を形成する工程と、前記第2の絶縁層の前記可溶性膜に対応する位置に、前記第1の絶縁層が露出するスリットを形成する工程とを有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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